Гидравлический расчёт системы отопления с формулами и примерами

Гидравлический расчет системы отопления — для чего делают и как его сделать

Пример номограммы для гидравлических расчетов

• Что делать
• Что нужно рассчитать
• Пример подробного расчета

Несомненно, большинство домовладельцев согласятся с тем, что независимая система отопления по многим параметрам превосходит централизованное теплоснабжение. Многие люди хотят отапливать собственные дома.

Самая главная причина такого стремления — создать оптимальное сочетание теплового комфорта и экономичности. Хотя расходы, связанные с первоначальной установкой, неизбежны, последующее отопление помещений быстро окупится.

Современные системы отопления выгодно отличаются от старых конструкций. Современные системы отопления имеют относительно другой способ управления теплоотдачей, поэтому затраты, понесенные при установке, быстро окупаются.

Такая гармония достигается благодаря правильному подходу к проектированию системы отопления. Поэтому гидравлический расчет системы отопления имеет первостепенное значение.

Что обозначает расчет гидравлики и зачем он нужен

Это означает проведение гидравлических расчетов системы отопления под давлением для определения правильного расхода теплоносителя на определенных участках сети.

Эти расчеты позволяют определить

• Потери давления в различных частях сети;
• Пропускная способность трубопровода;
• Оптимальный расход жидкости;
• Значения, необходимые для гидравлической балансировки.

Объединив все полученные данные, можно выбрать отопительные насосы.

Количество тепла, поступающего в радиаторы, должно быть таким, чтобы в здании существовал тепловой баланс с учетом наружной температуры и температуры, установленной пользователем для каждого отдельного помещения.

Если отопление автономное, можно использовать следующие методы расчета:

• Использование характеристик сопротивления и проводимости;
• По заданному расходу;
• Путем сравнения динамического давления;
• По разным длинам, сведенным к одному числу.

Гидравлический расчет является одним из важнейших этапов проектирования систем отопления с жидкими средами.

Перед выполнением необходимо:

• Определите тепловой баланс необходимых помещений;
• Выберите тип отопительного оборудования и разместите его на строительных чертежах;
• Определитесь с конфигурацией системы отопления и типом используемых труб и фитингов
• Нарисуйте схему системы отопления с указанием количества, нагрузки и длины необходимых секций;
• Определите основное циркуляционное кольцо, через которое проходит теплоноситель.

Обычно двухтрубная система отопления используется для зданий с небольшим количеством этажей, а однотрубная — для зданий повышенной этажности.

Понятие гидравлического расчета

Решающим фактором в технологическом развитии систем отопления была простая экономика энергоносителя. Желание сэкономить заставляет вас более тщательно подходить к проектированию отопления дома, выбору материалов, монтажу и эксплуатации.

Поэтому, если вы решили создать уникальную и, прежде всего, экономичную систему отопления для своей квартиры или дома, рекомендуется ознакомиться с принципами расчета и проектирования.

Перед определением гидравлического расчета системы следует четко понимать, что система индивидуального отопления квартиры или дома условно на порядок выше, чем система центрального отопления большого здания.

Персональная система отопления основана на принципиально ином подходе к понятиям тепла и энергии.

Суть гидравлического расчета заключается в том, что расход теплоносителя не определяется заранее со значительным приближением к фактическим параметрам, а определяется путем связи диаметров труб с параметрами давления во всех кольцах системы.

Достаточно провести тривиальное сравнение между двумя системами по следующим параметрам.

1. Система центрального отопления (котельная) основана на стандартных видах энергоносителя — уголь, газ. В автономной системе может использоваться практически любое вещество с высокой удельной теплотой сгорания или комбинация нескольких жидких, твердых, гранулированных материалов.
2. Система центрального отопления состоит из обычных компонентов: металлических труб, «топорных» кранов и запорной арматуры. Индивидуальная система отопления позволяет сочетать различные элементы: многосекционные радиаторы с хорошей теплоотдачей, высокотехнологичные термостаты, различные виды труб (ПВХ и медь), краны, запорные краны, фитинги и, конечно, собственные более экономичные котлы, циркуляционные насосы.
3. Если вы зайдете в квартиру в типичном панельном доме, построенном 20-40 лет назад, то система отопления сводится к 7-элементному радиатору под окном в каждой комнате квартиры плюс вертикальная труба через весь дом (стояк), которая может «общаться» с соседями сверху/снизу. Автономная система отопления (AHS) позволяет создать систему любой сложности, учитывая индивидуальные пожелания жильцов дома.
4. В отличие от ЦТП, отдельная система отопления учитывает довольно внушительный список параметров, влияющих на передачу, потребление энергии и теплопотери. Температура окружающей среды, необходимый диапазон температур в помещении, площадь и объем помещения, количество окон и дверей, назначение помещения и т.д.

Таким образом, расчет гидравлической системы отопления (ГСО) — это условный набор расчетных характеристик системы отопления, который предоставляет исчерпывающую информацию о таких параметрах, как диаметр труб, количество радиаторов и клапанов.

Этот тип радиаторов был установлен в большинстве панельных домов на территории бывшего Советского Союза. Экономия на материалах и отсутствие идеи дизайна «на глаз».

GRS позволяет правильно подобрать циркуляционный насос (отопительный котел) для транспортировки горячей воды к конечным элементам системы отопления (радиаторам), и в итоге получается наиболее устойчивая система, что напрямую влияет на финансовые затраты на отопление дома.

Другой тип радиатора отопления для DSP. Это более универсальный продукт, который может иметь любое количество плавников. Таким образом, поверхность теплообмена может быть увеличена или уменьшена

Для чего делают расчет

Старый подход к регулированию процесса нагрева отличается от нового способом регулирования гидравлики.

В современных системах отопления используются инновационные решения, материалы и конструкции, которые гораздо более экономичны.

В результате системы отопления оснащаются передовыми, динамическими технологиями, чутко реагирующими на изменения температурного режима.

Преимущества очевидны: экономичное потребление энергии, что ведет к снижению финансовых затрат.

Стоит иметь в виду, что установка такой системы требует специальных знаний специфики работы высокотехнологичной рамы управления и других компонентов системы. Следует отметить, что гидравлические расчеты и рама управления гарантируют качество нынешних систем отопления.

Рекомендуется обратить внимание на следующие факторы:

• Необходимо обеспечить достаточный тепловой поток ко всем компонентам системы отопления для достижения баланса между изменением наружной и внутренней температуры;
• Чтобы справиться с гидравлическим сопротивлением отопительной конструкции, необходимо минимизировать эксплуатационные расходы, особенно затраты на электроэнергию;
• Минимизировать инвестиционные затраты при монтаже системы отопления, на которые в основном влияет диаметр используемых труб;
• Надежность и бесшумность всей конструкции

Цель и ход выполнения расчета

Конечно, вы можете обратиться за помощью к эксперту или воспользоваться онлайн-калькулятором, который можно найти на многих сайтах. Но первый вариант стоит денег, а второй может дать неверные результаты, и вам все равно придется его проверять.

Поэтому лучше набраться терпения и сделать это самостоятельно. Следует понимать, что практической целью гидравлического расчета является подбор сечений труб и перепада давления всей системы для правильного выбора циркуляционного насоса.

Внимание. Данная рекомендация по проведению расчетов предполагает, что теплотехнические расчеты выполнены, а радиаторы имеют размеры в соответствии с их мощностью. Если нет, то приходится действовать по старинке — брать тепловую мощность каждого радиатора в соответствии с размером помещения — но тогда точность будет ниже.

Общая процедура расчета выглядит следующим образом:

• подготовка аксонометрической диаграммы: после расчета радиаторов их мощность известна и должна быть указана рядом с каждым радиатором на чертеже;
• определение расхода охлаждающей жидкости и диаметров труб;
• расчет сопротивления системы и выбор циркуляционного насоса;
• Расчет объема воды в системе и объема расширительного бака.

Все гидравлические расчеты системы отопления начинаются со схемы, нарисованной в 3-х измерениях для наглядности (аксонометрия). На нем нанесены все известные данные, в качестве примера возьмем участок системы, показанный на рисунке:

Основные элементы, которые он определяет

• Определение диаметров труб на соединительных участках системы отопления.
• Перепад гидравлического давления для отдельных секций системы отопления;
• Гидравлическое соединение ветвей конструкции, расположенных параллельно или по-разному. В этом случае используется система управления, предназначенная для балансировки в нестационарных и тепловых условиях процесса;
• Потери давления теплоносителя и его расход при циркуляции в системе.

Следует отметить, что гидравлический расчет является наиболее трудоемким, сложным и важным этапом на стадии проектирования отопления. Желательно, чтобы этим занимался настоящий специалист.

Прежде чем приступить к расчетам, необходимо выполнить некоторые графические и расчетные работы:

1. Определите значение теплового равновесия в отапливаемом помещении;
2. Узнайте тип отопительного оборудования, плоскости теплообмена и покажите расположение всех деталей на плане здания;
3. Завершите разработку общего проекта системы отопления, типа труб, запорной арматуры и рамы управления. Определите местоположение теплогенератора, ответвлений светильников и всех труб. И положение для кранов, вентилей, клапанов, регуляторов давления и расхода и термостатических регуляторов;
4. Нарисуйте подробный чертеж системы отопления. Не забывая при этом указывать количество тепловых нагрузок и длину планируемых подразделений;
5. Определите циркуляционный контур, т.е. замкнутый контур, соединяющий градуированные участки трубопроводной системы. В данном разделе предполагается, что наибольшие потери теплоносителя будут происходить на определенном участке от источника тепла до удаленного радиатора или до патрубка и обратно к радиатору.

Последовательность шагов расчета

Говоря о расчете системы отопления, следует отметить, что эта процедура является наиболее спорной и важной частью проекта.

Перед выполнением расчета необходимо провести предварительный анализ будущей системы, напр:

• установить тепловой баланс во всех и конкретно в каждой комнате квартиры;
• выберите терморегуляторы, клапаны и регуляторы давления;
• выберите радиаторы, поверхности теплообмена, теплорассеивающие панели;
• определить участки системы с максимальным и минимальным расходом теплоносителя.

Кроме того, необходимо определить общую систему теплообмена: полная циркуляция, малая циркуляция, однотрубная система или двухтрубная основная система.

В результате гидравлического расчета можно получить несколько важных характеристик гидросистемы, которые могут ответить на следующие вопросы

• Какова должна быть мощность источника отопления;
• каковы расход и скорость теплоносителя?
• какой должен быть диаметр трубы основного теплоносителя;
• какие потери тепла и фактическую массу теплоносителя следует ожидать.

Другим важным аспектом гидравлического расчета является процедура балансировки (объединения) всех частей (ветвей) системы при экстремальных тепловых условиях с помощью регулирующих изделий.

Существует несколько основных типов отопительных приборов: чугунные и алюминиевые многосекционные радиаторы, стальные панельные радиаторы, биметаллические радиаторы и кассетные радиаторы. Наиболее распространены алюминиевые многосекционные радиаторы.

Расчетная зона сети воздуховодов — это часть с постоянным диаметром самой сети и постоянным расходом горячей воды, который определяется по формуле теплового баланса помещения. Определение расчетной зоны начинается с насоса или источника тепла.

Начальные условия примера

Чтобы объяснить детали гидравлического расчета, рассмотрим пример типичного многоквартирного дома. Мы можем предложить классическую 2-комнатную квартиру в здании с перекрытиями, с площадью 65,54 м2, включая две комнаты, кухню, отдельный туалет и ванную комнату, двойной коридор, соединенный балкон.

При передаче была получена следующая информация о готовности квартиры. В описываемой квартире монолитные монолитные железобетонные стены с затиркой и грунтовкой, профильные окна с двойным остеклением, туфтовые штампованные межкомнатные двери, керамическая плитка на полу в сан. узле.

Типовое перекрытие 9-этажного здания с четырьмя входами. На каждом этаже расположены три квартиры: одна 2-комнатная и две 3-комнатные. Квартира расположена на пятом этаже.

Кроме того, представленное жилье уже оборудовано медной проводкой, коллекторами и отдельным распределительным щитом, газовой плитой, ванной, умывальником, унитазом, полотенцесушителем и раковиной.

И, самое главное, в жилых комнатах, ванной и кухне уже установлены алюминиевые радиаторы отопления. Вопрос о трубах и котле остается открытым.

Как производится сбор данных

Гидравлический расчет установки в основном основан на расчетах, связанных с расчетами отопления помещений.

Поэтому необходимо иметь следующую информацию

• площадь отдельных помещений;
• размеры оконных и дверных проемов (внутренние двери практически не влияют на теплопотери);
• климатические условия, особенности региона.

Мы будем действовать на основе следующих данных. Общая площадь — 18.83 м2, спальня — 14.86 м2, кухня — 10.46 м2, балкон — 7.83 м2 (общая), коридор — 9.72 м2 (общая), ванная комната — 3.60 м2, туалет — 1.5 м2. Входная дверь — 2,20 м2, окно общей комнаты — 8,1 м2, окно спальни — 1,96 м2, окно кухни — 1,96 м2.

Высота стен квартиры составляет 2 метра 70 сантиметров. Наружные стены выполнены из бетона B7 плюс внутренняя отделка толщиной 300 мм. Внутренние и перегородки имеют несущие стены 120 мм и обычные 80 мм. Полы и потолки представляют собой бетонные плиты марки B15 толщиной 200 мм.

Планировка этого жилища позволяет провести одну ветку отопления через кухню, спальню и общую комнату, что обеспечит среднюю температуру 20-22⁰C в помещении (+)

А как насчет окружающей среды? Квартира находится в доме, расположенном в центре небольшого города. Город расположен в низменной местности на высоте 130-150 м над уровнем моря. Климат умеренно-континентальный с холодной зимой и довольно теплым летом.

Среднегодовая температура +7,6°C. Средняя температура января составляет -6,6°C, июля — +18,7°C. Ветер — 3,5 м/с, средняя влажность — 74%, общее количество осадков — 569 мм.

Анализируя климатические условия региона, можно отметить высокую изменчивость температур, что в свою очередь влияет на конкретные требования к регулированию системы отопления квартиры.

Мощность генератора тепла

Одним из основных компонентов системы отопления является котел: электрический, газовый, комбинированный — на данном этапе это не имеет значения. Важна мощность — количество энергии в единицу времени, которое используется для нагрева.

Мощность самого котла определяется по формуле, приведенной ниже:

W котла = (Sroom*Weight) / 10,

Где:

• Sroom — это сумма площадей всех помещений, требующих отопления;
• Wdel — удельная мощность, учитывающая климатические условия местности (для этого необходимо знать климат региона).

Характерно, что для различных климатических зон мы имеем следующее:

• Северные районы — 1,5 — 2 кВт/м2;
• Центральная зона — 1 — 1,5 кВт/м2;
• Южные регионы — 0,6 — 1 кВт/м2.

Эти цифры являются довольно предварительными, но, тем не менее, дают четкий численный ответ относительно влияния окружающей среды на систему отопления жилых домов.

На этой карте показаны климатические зоны с различными температурными режимами. Положение жилища по отношению к зоне определяет, сколько кВт/ч энергии (+) на квадратный метр должно быть потрачено на отопление.

Общая отапливаемая площадь равна общей жилой площади жилья и составляет — 65,54-1,80-6,03=57,71 м2 (минус балкон). Удельная мощность котла для центрального региона с холодными зимами составляет 1,4 кВт/м2. Таким образом, в нашем примере расчетная тепловая мощность котла соответствует 8,08 кВт.

Динамические параметры теплоносителя

Переходим к следующему этапу расчета — анализу расхода теплоносителя. В большинстве случаев плоская система отопления отличается от других систем — это связано с количеством нагревательных панелей и длиной трубопровода. Давление используется в качестве дополнительной «движущей силы» для потока в системе стояка.

В частных одно- и многоэтажных домах и старых плитных жилищах системы отопления высокого давления используются для транспортировки теплоносителя ко всем частям разветвленной, многокольцевой системы отопления и для подъема воды на всю высоту (до 14-го этажа) здания.

В отличие от этого, типичная двух- или трехкомнатная квартира с автономным отоплением не имеет такого разнообразия колец и разветвлений системы, в ней не более трех контуров.

Это означает, что охлаждающая жидкость перемещается с помощью естественного процесса течения воды. Но могут использоваться и циркуляционные насосы; отопление обеспечивается газовым/электрическим котлом.

Для отопления помещений площадью более 100 м2 рекомендуется использовать циркуляционный насос. Насос может быть установлен как выше, так и ниже по течению от котла, но чаще всего его устанавливают на «обратной» стороне — Более низкая температура рабочей среды, меньшее количество засоров, более длительный срок службы насоса

Специалисты по проектированию и монтажу систем отопления выделяют два основных подхода к расчету объема охлаждающей среды:

1. На основе фактического объема системы. Сумма всех без исключения объемов полостей, в которых будет протекать горячая вода: сумма объемов отдельных секций труб, секций радиаторов и т.д. Однако это довольно трудоемкий вариант.
2. На эффективность работы котла. Здесь мнения экспертов сильно разнятся: одни говорят о 10, другие — о 15 литрах на единицу мощности котла.

С прагматической точки зрения необходимо учитывать тот факт, что система отопления, вероятно, будет не только подавать горячую воду в помещение, но и нагревать воду для ванны/душа, раковины, мойки и сушилки, а возможно, и для джакузи. Этот вариант более простой.

Поэтому в данном случае мы рекомендуем установить производительность 13,5 литров на единицу. Умножение этой цифры на мощность котла (8,08 кВт) дает расчетный объем воды 109,08 литров.

Расчетная скорость движения жидкости в системе является параметром для выбора конкретного диаметра трубы для системы отопления.

Он рассчитывается по следующей формуле:

V = (0,86*W*k)/tto,

Где:

• Вт — мощность котла;
• t — температура подаваемой воды
• do — температура обратной воды;
• k — КПД котла (0,95 для газового котла).

Подставив расчетные данные в формулу, мы имеем: (0,86 * 8080 * 0,95)/80-60 = 6601,36/20=330 кг/ч. Это означает, что в час через систему проходит 330 литров теплоносителя (воды), а производительность системы составляет примерно 110 литров.

Пример в общих чертах и подробное видео расчета

В качестве расчетной трубы можно использовать участок с постоянным расходом теплоносителя и неизменным диаметром.

Этот участок определяется на основе теплового баланса помещения. Пронумеруйте секции, начиная от источника тепла.

Заглавные буквы алфавита используются для обозначения точек подключения к сети на участках ответвлений.

Они обозначены пунктирной линией в местах подключения к электросети.

Узловые точки на приборных ветвях в секциях ответвлений обозначены арабскими цифрами. Каждая точка соответствует номеру этажа (в горизонтальной системе) или номеру ветки стояка (в вертикальной системе). Точки потока отмечены пунктиром. Номера всегда состоят из 2 цифр:

• Первый — это начало раздела;
• Второй — конец раздела;

В вертикальных конструкциях ветви КИП нумеруются арабскими цифрами по окружности конструкции по часовой стрелке.

Длина отрезков труб определяется по плану разводки с точностью до 10 см.

Тепловой поток в расчетном сечении приравнивается к тепловой нагрузке, которую должен отдать или уже отдал теплоноситель, протекающий в сечении трубы.

Кстати: Гидравлический и тепловой расчет отопительной конструкции при строительстве нового здания должен выполняться с помощью специальной программы, например, HERZ SE. Пример ввода данных в программное обеспечение показан на двух рисунках выше.

Программа рассчитывает самостоятельно:

• Диаметр трубопровода;
• Размеры теплоотводящих устройств;
• Регулировка балансировочных клапанов;
• Регулировка регулирующих клапанов;
• Предварительная регулировка термостатических клапанов (при необходимости);
• Регулировка регуляторов перепада давления.

Расход теплоносителя

Легко видеть, что скорость потока и объем горячей воды в бойлере напрямую связаны. Мощность теплоносителя напрямую зависит от тепловой нагрузки котла.

Это, в свою очередь, зависит от того, сколько тепла уходит из помещения наружу. Это должно быть компенсировано системой отопления. На основании гидравлического расчета можно определить количество теплоносителя в отдельных проходах котельной системы.

Автоматизация насосного оборудования

Для нормальной работы этих насосов необходимо электричество. Сегодня электроэнергия стоит недешево, поэтому многие задумываются о том, как сделать работу насоса более экономичной с точки зрения потребления энергии.

Установка системы отопления в частном доме необходима и важна, когда вы хотите создать максимально комфортные температурные условия в своем жилище. Наиболее эффективная система отопления — это система отопления с принудительной циркуляцией воздуха.

Чтобы решить эту задачу, необходимо дооснастить систему насосной установкой. Проблема, однако, в том, что выбирать такое оборудование нужно по мощности, поскольку от этого зависит эффективность всей системы. А как правильно рассчитать эффективность циркуляционного насоса отопления, вы узнаете из этой статьи.

Наглядный пример

Для проведения расчета можно взять контур, состоящий из двух нагревательных колец (первое немного длиннее второго). Лучше разделить каждый из них на участки, пронумерованные от точки с наибольшим расходом.

Длина первого участка от котла определяется до тех пор, пока не изменится скорость потока. Обычно это ближайший стояк или радиатор.

Гидравлические расчеты отопления выполняются одновременно для подающего и обратного трубопровода, чтобы избежать разрывов в циркуляции.

Формула используется для расчета расхода теплоносителя: G = Q / (c * (t2 — t1)). Здесь G — расход воды в системе (кг/с); Q — количество тепла (ватт), необходимое для покрытия теплопотерь; t2 — температура, до которой необходимо довести охлаждающую среду; t1 — температура охлажденной воды; C — удельная теплоемкость воды (постоянная величина, равная 4,2 кДж/(кг-°С).

Имея информацию о расходе, несложно определить сечение труб отопления, используя специальные справочники. Помимо диаметра, те же источники предоставляют информацию о скорости потока и падении давления.

Также важно понимать, что площадь поперечного сечения труб постепенно уменьшается по мере прохождения по стоякам. Например, диаметр основной трубы может составлять 32 мм. В следующей секции он опускается до 24 мм и еще ниже — до 16 мм.

Скорость потока и расчет сопротивления

Нежелательно, чтобы теплоноситель двигался по трубам медленнее, чем 0,2 — 0,3 м/с. Это может привести к образованию воздушных карманов в результате выделения газа из воды. В результате эффективность системы будет, мягко говоря, снижена. Что касается верхнего порога скорости, то он рекомендуется на уровне 0,7 — 1,5 м/с.

При превышении этого значения теплоноситель будет работать очень шумно. Рекомендуемое значение, к которому следует стремиться при расчете скорости охлаждающей жидкости, составляет 0,5 — 0,7 м/с.

Потери напора

Все участки первичной и вторичной цепи характеризуются потерями напора. Это означает общие потери на трение внутри труб, фитингов и радиаторов.

Чтобы определить сопротивление системы отопления, необходимо знать следующие величины:

• ν — скорость.
• ρ — плотность.
• R — потери напора в трубопроводе.
• l — длина рассматриваемого участка трубопровода.
• Σζ — полное сопротивление.

Специфика выбора основной ветви в двухтрубной системе

Из практики проведенных расчетов следует, что в двухтрубной системе лучше выбрать более нагруженный стояк через нижний радиатор. В однотрубной системе для этого достаточно сделать петлю через самый загруженный стояк. Если горячая вода имеет мертвую точку, то в двухтрубной системе выбирается нижнее кольцо радиатора самого загруженного стояка.

Однотрубная система предполагает идентичный подход. В горизонтальной системе предпочтение отдается кольцу с наиболее загруженным направлением нижнего этажа. Данная работа по гидравлическому расчету двухтрубной системы отопления должна быть выполнена максимально тщательно, так как малейшая ошибка может привести к серьезным проблемам.

Гидравлический расчет системы отопления: примеры, программы

Чтобы система отопления работала эффективно, необходимо соблюсти несколько условий — правильно подобрать комплектующие и произвести расчеты. Правильное определение размеров установки влияет на эффективность системы и равномерное распределение тепла. Как сделать гидравлический расчет системы отопления — примеры, существуют программы, которые помогут вам с этими расчетами.

Назначение гидравлического расчета отопления

При эксплуатации любой системы отопления неизбежно возникновение гидравлического сопротивления при движении теплоносителя. Для того чтобы учесть этот параметр, необходимо выполнить гидравлические расчеты двухтрубной системы отопления. Его суть заключается в правильном подборе компонентов системы с точки зрения их производительности.

На самом деле, гидравлический расчет системы нагрева горячей воды — это сложная процедура, учитывающая все тонкости и нюансы. На первом этапе необходимо определить требуемую тепловую мощность, оптимальную схему трубопровода и тепловой режим работы. На основании этих данных необходимо произвести гидравлический расчет системы отопления в Excel или специализированной программе. В результате расчетов должны быть получены следующие параметры для системы водяного отопления:

• Оптимальный диаметр трубопроводов. Исходя из этого, можно выяснить их несущую способность, теплопотери. Сопротивление воды внутренней поверхности трубы известно на основе выбора материала;
• Потери давления и напора на определенных участках системы. Пример гидравлических расчетов системы отопления позволит вам заранее продумать механизмы их компенсации;
• Поток воды;
• Необходимая мощность насосного оборудования. Применяется в закрытых системах с принудительной циркуляцией.

На первый взгляд, гидравлическое сопротивление системы отопления является сложным. Однако достаточно разобраться в расчетах, и тогда вы сможете сделать их самостоятельно.

При отоплении небольшого дома или квартиры рекомендуется также рассчитать гидравлическое сопротивление системы отопления.

Порядок расчета гидравлических параметров отопления

Первым шагом в расчете параметров отопительной установки является составление предварительной схемы, на которой отмечается положение всех элементов. При этом рассчитывается общая длина труб, количество радиаторов, объем воды, а также характеристики радиаторов.

Как сделать расчет гидравлического отопления, если у вас нет опыта в таких расчетах? Помните, что при самостоятельном отоплении важно выбрать правильный диаметр трубы. Именно с этого момента следует начинать расчеты.

Лучше всего делать план отопления на уже существующем плане дома. Это позволит вам правильно рассчитать расход материала и определить количество материала для укладки системы.

Определение оптимального диаметра труб

Простейший гидравлический расчет системы отопления включает в себя только расчет сечения трубы. При проектировании небольших систем нередко обходятся без него. Для этого в зависимости от типа системы отопления следует принимать следующие диаметры труб:

• Открытая циркуляция с гравитационной циркуляцией. Трубы диаметром от 30 до 40 мм. Такое большее сечение необходимо для снижения потерь на трение воды о внутреннюю поверхность труб;
• Закрытая система с принудительной циркуляцией. Поперечное сечение труб варьируется от 8 до 24 мм. Чем он меньше, тем выше будет давление в системе и, соответственно, уменьшится общий объем теплоносителя. Но в то же время гидравлические потери увеличатся.

Если у вас имеется специализированное программное обеспечение для гидравлического расчета системы отопления, то вам достаточно заполнить технические характеристики котла и перенести схему отопления. Программное обеспечение определит оптимальный диаметр трубы.

Вы можете проверить результаты самостоятельно. Процедура ручного гидравлического расчета двухтрубной системы отопления заключается в вычислении следующих параметров при расчете диаметра трубы:

• V — скорость движения воды. Этот показатель должен составлять от 0,3- до 0,6 м/с. Это зависит от мощности насосного оборудования;
• Q — тепловой поток. Это отношение количества тепла, которое он передает за определенное время — 1 секунду;
• G — поток воды. Измеряется в кг/час. Это напрямую зависит от диаметра трубопровода.

Для проведения гидравлических расчетов системы водяного отопления необходимо знать общий объем обогреваемого помещения — м³. Будем считать, что эта величина для одной комнаты составляет 50 м³. Зная мощность отопительного котла (24 кВт), рассчитываем конечный тепловой поток:

Q=50/24=2,083 кВт

Чтобы выбрать оптимальный диаметр трубы, вы можете затем использовать информацию из таблицы excel для гидравлического расчета системы отопления.

В этом случае оптимальный внутренний диаметр трубы для указанного сечения системы составит 10 мм.

Чтобы выполнить пример гидравлического расчета системы отопления, вы можете узнать приблизительный расход воды, который будет взбит диаметром трубы.

Производители пластиковых труб указывают внешний диаметр. Поэтому для правильного расчета гидравлического сопротивления системы отопления необходимо вычесть две толщины стенки трубы.

Коэффициент гидравлического сопротивления различных труб

Для фитингов из полипропилена:

Розетка			0,25
Переходная розетка		Уменьшение на 1 размер	0,40
Уменьшение на 2 размера	0,50
Уменьшение на 3 размера	0,60
Уменьшение на размер 4	0,70
угол 90°			1,20
Угол 45°			0,50
Тройник		Делитель потока	1,20
	Проточное соединение	0,80
Перекрестное соединение		Проточное соединение	2,10
	Разделение потоков	3,70
Впускная/выпускная муфта.			0,50
Гнездо в виде комбинации наружной и внутренней резьбы			0,70
Угловая комбинация.			1,40
Угловая деталь как сочетание мужского и женского.			1,60
Союз тройников.			1,40 — 1,80
Клапан		20 мм	9,50
25 мм	8,50
32 мм	7,60
40 мм	5,70

Для труб из полиэтилена

Сталь новая 133×5	60	1,4	3,6
Сталь старая 133×5	60	1,4	6,84
PE 100 110×6.6 (5ER 17)/td>	60	2,26	4,1
PE 80 110×8.1 (13.6)	60	2,41	4,8
Новая сталь 245×6	400	2,6	4,3
Стальные старые 245×6	400	2,6	7,0
PE 100 225×13.4 (50 В 17)	400	3,6	4,0
PE 80 225×16.6 (ZEC 13.6)	400	3,85	4,8
Новая сталь 630×10	3000	2,85	1,33
Старая сталь 630×10	3000	2,85	1,98
PE 100 560×33.2 (ZEC 17)	3000	4,35	1,96
PE 80 560×41.2 (ZEC 13.6)	3000	4,65	2,3
Новая сталь 820×12	4000	2,23	0,6
Старая сталь 820×12	4000	2,23	0,87
PE100 800×47.4 (ZEC 17)	4000	2,85	0,59
PE 80 800×58.8 (ZER 13.6)	4000	3,0	0,69

Для бесшовных стальных труб

Ламинар		или
Переход		Проектирование трубопроводов не рекомендуется
Турбулентный	1-я область		(Блазиус)  Бф-ла Конакова)
2-я область		(ffl с Альтшулем)
3-я регион		(ф-ла Альтшуля)  (ф-ла Никурадзе)

Для металлопластиковых труб

Тройники для распределения потока		7,6
Прямой сквозной тройник		4,2
Муфта с противоположным потоком при распределении потока		8,5
Тройник для противоположного потока с проточным соединением		8,5
угол 90°		6,3
Дуга		0,9
Сокращение переходного периода		6,3
Монтажный угол		5,4

Учет местных сопротивлений в магистрали

Не менее важным этапом является расчет гидравлического сопротивления системы отопления в отдельных секциях автобуса. Для этого весь отопительный контур делится на несколько зон. Лучше всего произвести расчеты для каждой комнаты в доме.

Следующие величины необходимы в качестве исходных данных для ввода в программу гидравлического расчета системы отопления:

• Длина трубы в зоне, м.п.с;
• Диаметр линии. Процедура расчета описана выше;
• Необходимая скорость движения теплоносителя. Это также зависит от диаметра трубы и производительности циркуляционного насоса;
• Справочные данные, характерные для каждого типа материала — коэффициент трения (λ), потери на трение (ΔP);
• Плотность воды при +80°C составляет 971,8 кг/м³.

С помощью этой информации можно произвести упрощенный гидравлический расчет системы отопления. Результат таких расчетов можно увидеть в таблице.

При выполнении этой операции важно помнить, что чем меньше выбранная нагревательная секция, тем точнее будут данные для всей системы. Поскольку с первого раза выполнить гидравлический расчет системы отопления будет сложно — рекомендуется выполнить несколько расчетов для конкретного участка трубы. Рекомендуется включать как можно меньше дополнительных устройств — радиаторов, запорной арматуры и т.д.

Предварительная балансировка системы

Важнейшей конечной целью гидравлического расчета системы отопления является расчет таких значений пропускной способности, чтобы каждая часть каждого отопительного контура получала точно дозированное количество теплоносителя при определенной температуре, обеспечивая нормальную теплоотдачу радиаторам. Эта задача кажется сложной только на первый взгляд. В действительности балансировка осуществляется с помощью регулирующих клапанов, ограничивающих расход. Для каждой модели клапана показано как значение Kvs для полностью открытого положения, так и график значения Kvs для различных степеней открытия управляющего шпинделя. Изменяя пропускную способность клапанов, которые обычно устанавливаются в местах подключения радиаторов, можно добиться желаемого распределения теплоносителя и, соответственно, количества переносимого им тепла.

Однако есть небольшой нюанс: если вы измените пропускную способность в одной точке системы, то изменится не только фактический расход в этой точке. Равновесие во всех других контурах в той или иной степени изменяется при уменьшении или увеличении скорости потока. Если взять два радиатора с разной теплоотдачей, соединенных параллельно, по которым течет теплоноситель, то при увеличении расхода первого радиатора в контуре, второй радиатор получит меньше теплоносителя из-за разницы в гидродинамическом сопротивлении. Напротив, при уменьшении расхода регулирующим клапаном все остальные радиаторы в цепи будут автоматически получать больший объем теплоносителя и потребуют дополнительной калибровки. Для каждого типа распределения действуют свои правила балансировки.

Обзор программ для гидравлических вычислений

По сути, любой гидравлический расчет систем нагрева горячей воды представляет собой сложную инженерную задачу. Для облегчения этой задачи было разработано множество программных пакетов.

Можно попытаться рассчитать гидравлику системы отопления с помощью Excel, используя имеющиеся формулы. Но при этом могут возникнуть следующие проблемы:

• Высокая неопределенность. В большинстве случаев в качестве примера для гидравлического расчета берется одно- или двухтрубная система. Найти аналогичные расчеты для коллекторной системы проблематично;
• Для того чтобы правильно учесть гидравлическое сопротивление трубопроводной системы, необходимы справочные данные, которых нет в форме. Их нужно искать и вводить дополнительно.

Принимая во внимание эти факторы, эксперты рекомендуют использовать программы расчета. Большинство из них платные, но некоторые имеют ограниченные демо-версии.

Oventrop CO

Самая простая и удобная программа для гидравлического расчета системы теплоснабжения. Интуитивно понятный интерфейс и гибкие настройки помогут вам быстро разобраться с нюансами ввода данных. При первоначальной настройке могут возникнуть незначительные проблемы. Пользователю будет предложено ввести все параметры системы, от материала трубы до положения нагревательных элементов.

HERZ C.O

Он характеризуется гибкими настройками, возможностью выполнения упрощенного гидравлического расчета отопления, как для новой системы отопления, так и для модернизации старой. В отличие от аналогов, он имеет удобный графический интерфейс.

Instal-Therm HCR

Данный программный пакет предназначен для профессионального гидравлического сопротивления системы теплоснабжения. Бесплатная версия имеет множество ограничений. Область применения — проектирование отопления в больших общественных и промышленных зданиях.

На практике для автономного теплоснабжения частных домов и квартир гидравлические расчеты выполняются не всегда. Однако это может привести к ухудшению состояния системы отопления и быстрому выходу из строя ее компонентов — радиаторов, труб и котла. Чтобы избежать этого, важно своевременно рассчитывать параметры системы и сравнивать их с фактическими для дальнейшей оптимизации работы системы отопления.

Как работать в EXCEL

Использование таблиц Excel очень удобно, так как результаты гидравлических расчетов всегда обобщаются в табличной форме. Все, что вам нужно сделать, — это определить порядок действий и подготовить точные формулы.

Ввод исходных данных

Выделяется ячейка и вводится значение. Вся остальная информация просто принимается во внимание.

• Ячейка D15 переводится в литры, чтобы легче было прочитать значение;
• ячейка D16 — добавляем форматирование в соответствии с условием: «Если v не находится в диапазоне 0,25…1,5 м/с, фон ячейки красный/шрифт белый».

Для трубопроводов с различной высотой на входе и выходе к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

Формулы и алгоритмы

Выделите ячейки и введите алгоритм и формулы для теоретической гидравлики.

Поле Алгоритм Формула Результат Значение

D12	ОШИБКА! D5 не содержит числа или выражения	tcf=(tx+tvf)/2	82,5	Средняя температура воды tcp в °C
D13	D13 !ERROR! D12 не содержит числа или выражения	n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2)	0,003368	Коэффициент кинематической вязкости воды — n, см2/с в тср
D14	ОШИБКА! D12 не содержит числа или выражения	ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000	0,970	Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tcp
D15	ЭТО ЗНАЧЕНИЕ ПРИВЕДЕНО В ТАБЛИЦЕ D1.2 КАК СРЕДНЯЯ ПЛОТНОСТЬ ВОДЫ Ρ,Т/М3 , ТСР . D4 не содержит ни числа, ни выражения	G’=G*1000/(ρ*60)	773,024	Расход воды G’, л/мин.
D16	ОШИБКА! D4 не содержит числа или выражения	v=4*G:(ρ*π*(d:1000)2*3600)	1,640	Скорость воды v, м/с
D17	ОШИБКА! D16 не содержит числа или выражения	Re=v*d*10/n	487001,4	Число Рейнольдса Re
D18	ОШИБКА! Клетка D17 не существует	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	0,035	Коэффициент гидравлического трения λ
D19	ОШИБКА! Клетка D18 не существует	R=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d)	0,004645	Удельная потеря на трение R, кг/(см2*м)
D20	ОШИБКА! Ячейка D19 не существует	dPtr=R*L	0,464485	Потери давления на трение dPtr, кг/см2
D21	ОШИБКА! Ячейка D20 не существует	dPtr=dPtr*9.81*10000	45565,9	и соответственно Па D20
D22	ОШИБКА! D10 не содержит числа или выражения	dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10)	0,025150	Потеря давления для местного сопротивления ΣRms в кг/см2
D23	ОШИБКА! Ячейка D22 не существует	dPtr=dPms*9.81*10000	2467,2	и Па соответственно D22
D24	ОШИБКА! Ячейка D20 не существует	dP=dPtr+dPms	0,489634	Расчетный перепад давления dP, кг/см2
D25	ОШИБКА! Ячейка D24 не существует	dP=dP*9.81*10000	48033,1	и Па соответственно D24
D26	ОШИБКА! Ячейка D25 не существует	S=dP/G2	23,720	Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2

Примечания:

• Значение D15 переводится в литры, чтобы легче было увидеть значение расхода;
• ячейка D16 — добавьте форматирование по условию: «Если v не находится в диапазоне 0,25…1,5 м/с, фон ячейки красный/шрифт белый».

Для труб с разницей высот на входе и выходе к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

Оформление результатов

Авторская цветовая схема имеет функциональное назначение:

• Светло-бирюзовые ячейки содержат необработанные данные — их можно изменять.
• Бледно-зеленые ячейки — входные константы или данные, которые мало подвержены изменениям.
• Желтые ячейки — вспомогательные предварительные расчеты.
• Светло-желтые ячейки — результаты вычислений.
• Шрифты:
  • синий — необработанные данные;
  • черный — промежуточные/посредственные результаты;
  • красный — основные и окончательные результаты гидравлических расчетов.

Пример от Александра Воробьёва

Пример простого гидравлического расчета в Excel для горизонтального участка трубопровода.

• длина трубы100 метров;
• ø108 мм;
• толщина стенок 4 мм.

Таблица результатов расчета местных сопротивлений

Выполняя более сложные расчеты шаг за шагом в Excel, вы лучше освоите теорию и частично сэкономите на проектных работах. При правильном подходе ваша система отопления будет оптимальной с точки зрения затрат и теплоотдачи.

Исходные данные:

1. вводится расход водопроводной воды G в тоннах/час

в ячейке D4: 45 000

Температура воды на входе в расчетный участок трубопровода TmHv °C вводится в ячейку D5: 95.000.

в ячейку D5: 95,0.

Введите в ячейку D6 температуру воды на выходе из расчетного участка трубопровода tcal °C: 70,0 °C.

в ячейке D6: 70.0. 4.

Введите внутренний диаметр трубы d в мм в ячейку D7: 100.0

в ячейку D7: 100.0.

5. введите длину трубы lv м в ячейку D8: 100 000.

в ячейку D8: 100 000.

6. в ячейку D9 вводится эквивалентная шероховатость внутренних поверхностей трубы ∆ в мм: 1,000,000.

в ячейке D9: 1,000.

Выбранное значение эквивалентной шероховатости соответствует старым, ржавым стальным трубам, которые использовались в течение многих лет.

7. сумма коэффициентов местного сопротивления Σ(ξ) записывается

в ячейку D10: 1,89

Мы рассматриваем пример с местным сопротивлением в виде стыковых сварных швов (9 труб, 8 сварных швов).

Результаты расчетов:

8 Рассчитайте среднюю температуру воды tcp в °C

в ячейке D12: =(D5+D6)/2=82,5

cfr = (Твх+ Твы)/2.

9. рассчитывается коэффициент кинематической вязкости n в см2/с при cp

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

n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2)

10. вычислена средняя плотность воды ρ в т/м3 при температуреp

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

ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000

11. расход воды через трубопровод G’ рассчитывается в л/мин

в ячейке D15: =D4/D14/60*1000=773,024

G’=G*1000/(ρ*60)

Мы перевели эту цифру в другие единицы измерения, чтобы расход было легче считать.

12. вычисляем скорость воды в трубопроводе vv в м/с

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

v=4*G/(ρ*π*(d/1000)2*3600)

Условное форматирование применяется к ячейкеD16. Если значение скорости не находится в диапазоне 0,25…1,5 м/с, фон ячейки становится красным, а шрифт — белым.

13 Число Рейнольдса Переопределено

в ячейке D17: =D16*D7/D13*10=487001.4

Re=v*d*10/n.

14. Рассчитать коэффициент гидравлического трения λ

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. рассчитывается удельная потеря давления из-за трения R в кг/(см2*м)

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 на трение dPtrv кг/см2 и Па соответственно

в ячейке D20: =D19*D8=0,464485

dPtr=R*L

и в ячейке D21: =D20*9.81*10000=45565.9

dPtr=dPtr*9.81*10000

17. потеря давления в местном сопротивлении dPmsv кг/см2 и Па соответственно

в ячейке D22: =D10*D16^2*D14*1000/2/9.81/10000=0.025150

dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10)

и в ячейке D23: =D22*9.81*10000=2467.2

dPtr=dPms*9.81*10000

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

в ячейке D24: =D20+D22=0,489634

dP=dPtr+dPms

и в ячейке D25: =D24*9.81*10000=48033.1

dP=dP*9.81*10000

Характеристики гидравлического сопротивления трубопровода S в Па/(т/ч)2 рассчитываются

в ячейке D26: =D25/D4^2=23,720

S=dP/G2

Местные гидравлические сопротивления: свойства и характеристики

Как мы уже упоминали, потеря напора в случае местного сопротивления в большинстве случаев определяется только опытным путем. Но и в теоретическом обосновании есть некоторые прорывы — так, локальное сопротивление по своим свойствам и характеристикам похоже на сопротивление, которое наблюдается при внезапном расширении струи. И это логично, если учесть, что поведение потока жидкости при преодолении любого местного сопротивления сопровождается сужением или расширением поперечного сечения.

1.

При внезапном сужении трубы сопротивление сопровождается возникновением вихревой области в месте сужения, при этом поток уменьшается до размеров, меньших, чем поперечное сечение самой маленькой трубы. Как только поток проходит через сужающуюся часть, струя расширяется до максимума, ограничиваясь внутренним сечением трубы. Коэффициент местного сопротивления при внезапном сужении трубы рассчитывается по формуле ξn.constriction. = 0,5(1 — (F2/F1)). Значение коэффициента на отношение F2/F1 можно легко найти в соответствующих учебниках по гидравлике.

2.

При изменении направления трубы под углом гидравлические потери рассчитываются по формуле: ξ вращения = 0,946sin(α/2) + 2,047sin(α/2)², где α — угол поворота трубы. Поток ведет себя следующим образом: сначала поток сжимается, затем расширяется, поскольку во время поворота поток отталкивается от стенок трубы по инерции.

3.

При входе в цилиндрическую трубу с острым краем, наклоненную к горизонту под углом α, коэффициент местного сопротивления рассчитывается по формуле Вейсбаха: ξin in = 0,505 + 0,303sin α + 0,223sin α². Иногда труба имеет округлую форму или имеется диафрагма, сужающая сечение входного отверстия — в любом случае поток сначала сжимается, а затем расширяется, т.е. местное сопротивление на входе в водопроводную трубу может быть уменьшено до внезапного расширения потока.

4.

В промышленности, особенно при работе с насосным оборудованием, часто возникает необходимость расчета местного сопротивления, создаваемого клапанами и запорной арматурой — вентилями и заслонками, кранами и затворами и т.д. Независимо от геометрической формы области потока, ограниченной запорными клапанами, гидравлический характер потока не изменяется при преодолении сопротивления. Если речь идет о полностью открытом запорном клапане, гидравлическое сопротивление будет составлять от 2,9 до 4,5. Коэффициенты для типа запорного клапана можно найти в соответствующих руководствах.

5.

Гидравлические потери мембраны определяются сужением потока и его последующим расширением. Степень сужения потока и его последующего расширения зависит от нескольких факторов — конструктивных особенностей мембраны, соотношения диаметров трубы мембраны и отверстия, режима течения жидкости и так далее.

6.

Наконец, часто необходимо рассчитать коэффициент местного сопротивления, когда поток входит в уровень жидкости. Однако нет необходимости в сложных расчетах, коэффициент сопротивления при входе потока в большой сосуд ниже уровня жидкости или в среду без жидкости связан с потерей кинетической энергии и равен 1.

Неприятности

Как говорят в Одессе, «есть и такие».

Чтобы рассчитать общее гидравлическое сопротивление цепи, необходимо учесть:

• Несущая способность прямых участков труб. Это определяется их материалом, внутренним диаметром, шероховатостью и скоростью обтекания стенок.

• Сопротивление диаметрального перехода и каждого изгиба.
• Сопротивление отдельных компонентов запорной арматуры.
• Сопротивление всего отопительного оборудования.
• Сопротивление теплообменника котла.

Расчёт объема воды и вместительность расширительного бака

Объем расширительного бака должен быть равен 1/10 от общего объема жидкости.
Для того чтобы рассчитать вместимость расширительного бака, который необходим в любой закрытой системе отопления, необходимо понять явление роста объема жидкости. Это оценивается по изменениям основных рабочих параметров, включая колебания температуры. В данном случае этот показатель варьируется в очень широком диапазоне — от комнатной температуры +20 градусов и до рабочих значений в диапазоне 50-80 градусов.

Расчет объема расширительного бака прост, если использовать проверенное приближение. Это основано на опыте, согласно которому объем расширительного бака составляет примерно десятую часть от общего количества теплоносителя, циркулирующего в системе. При этом учитываются все компоненты системы, включая радиаторы и водяную рубашку котельного агрегата. Чтобы определить точную цифру, возьмите технический паспорт используемого вами устройства и найдите в нем данные о емкости аккумуляторов и рабочего бака котла.

После их определения несложно найти избыток теплоносителя в системе. Сначала рассчитайте площадь поперечного сечения полипропиленовых труб, а затем умножьте это значение на длину труб. После суммирования всех ветвей системы отопления добавляются показатели для радиаторов и котла, взятые из технического паспорта. Затем из общей суммы вычитается одна десятая часть.

Если, например, полезный объем бытовой системы составляет приблизительно 150 литров, то расчетный объем расширительного бака составляет приблизительно 15 литров.

Потери напора при равномерном движении жидкости в трубах

Найдем общее выражение для потерь на трение при равномерном движении жидкости в трубах, справедливое как для ламинарного, так и для турбулентного режимов.

При равномерном движении величина средней скорости и распределение скоростей по сечению остаются постоянными по всей длине трубы. Таким образом, равномерное движение возможно только в трубах с постоянной площадью поперечного сечения S, так как в противном случае средняя скорость будет изменяться в соответствии с уравнением:

v = Q/S = const.

Равномерное движение возможно в прямых трубах или в трубах с очень большим радиусом кривизны R (прямолинейное движение), поскольку в противном случае средняя скорость может изменить направление.
Кроме того, условие постоянства характера скорости жидкости вдоль активного участка можно записать в виде α= const, где α — коэффициент Кориолиса. Последнее условие может быть выполнено только в том случае, если рассматриваемый участок потока достаточно удален от входного отверстия трубы.

Если на участке трубы с равномерно текущей жидкостью определить любые два участка 1 и 2, то потери высоты при переносе жидкости между этими участками можно описать уравнением Бернулли:

z1 + p1/γ = z2 + p2/γ + htr,

Где:
z1 и z2 — разность высот между центрами соответствующих секций;
p1 и p2 — давление жидкости в соответствующих секциях;
γ — удельная плотность жидкости, γ = gρ;
htr — значение потерянной энергии (потери на трение).

Выразим значение потерянной энергии htr из этой формулы:

htr = (z1 + p1/γ) — (z2 + p2/γ).

Назовем это выражение уравнением равномерного движения жидкости в трубе. Если труба расположена горизонтально, т.е. нет разницы в высоте между ее поперечными сечениями, уравнение примет упрощенный вид:

htr = p1/γ — p2/γ = (p1 — p2)/γ.

Формула Дарси-Вейсбаха для равномерного движения жидкости в трубах

Формула Дарси-Вейсбаха для потерь на трение по длине трубы действительна для круглых труб как в турбулентных, так и в ламинарных условиях.
Эта формула определяет зависимость между потерей высоты hl, диаметром трубы d и средней скоростью потока жидкости v:

hl = λv2/2gd,

где:
λ — коэффициент гидравлического трения (безразмерная величина);
g — ускорение силы тяжести.

Для труб любого сечения в формуле Дарси-Вейсбаха используется понятие уменьшенного или эквивалентного диаметра поперечного сечения трубы по отношению к круглому сечению.

В некоторых случаях также используется формула

hl = v2l/C2R,

где:
v — средняя скорость потока в трубе или канале;
l — длина трубы или воздуховода;
R — гидравлический радиус потока жидкости;
C — коэффициент Хизи, связанный с коэффициентом гидравлического трения λ следующим соотношением: C = √(8g/λ) или λ = 8g/C2. Размерность коэффициента Шези составляет m1/2/s.

Для определения коэффициента гидравлического трения для различных режимов и условий движения жидкости используются различные методы и эмпирические зависимости, в частности, График I. I. Никурадзе, формулы П. Блазиуса, Ф. А. Шевелева (для гладких труб) и Б. Л. Шифринсон (за грубые трубы). Все эти методы и соотношения основаны на критерии Рейнольдса Re и учитывают состояние поверхности трубы.

В чем заключается суть подобного расчета?

Главное отличие от современных систем — специальный механизм, обеспечивающий работу гидравлики. Современные решения и высококачественные материалы, которые сегодня используются в системах отопления, позволяют достаточно быстро реагировать на малейшие колебания температуры. Казалось бы, это очень выгодно: экономится энергия, а значит, минимизируются расходы на отопление. Однако, с другой стороны, такие устройства требуют специальных знаний относительно использования высокотехнологичных регулирующих клапанов, а также других компонентов в конструкции системы.

Важная информация! Сочетание гидравлического расчета и регулирующей арматуры является ключом к эффективности и функциональности современных систем отопления.

Существуют определенные обстоятельства, которые требуют от нас соблюдения вышеуказанных условий.

1. Теплоноситель должен подаваться к радиаторам в нужном количестве — так достигается тепловое равновесие, если предположить, что мы задаем температуру внутри здания, а температура снаружи переменна.
2. Отсутствие шума, долговечность и стабильность работы системы отопления.
3. Минимальные эксплуатационные расходы, в частности, затраты на электроэнергию, которая тратится на преодоление гидравлического сопротивления системы.
4. Затраты на установку системы должны быть минимальными, что во многом зависит от диаметра трубопроводов.