Гидравлический расчет системы отопления с примерами

При произведении строительства частных домов или же разноплановых реконструкций жилых объектов, которые подвергались эксплуатации на протяжении длительного периода времени, обязательным условием является наличие документа, демонстрирующего расчет объема системы отопления.

Расчет системы отопления частного дома

Существуют, конечно, и более сложные способы выполнить расчет системы отопления, но мы рассмотрим на примере более простой способ, который под силу выполнить самостоятельно.

Пример расчета системы обогрева частного дома

В основе отопления лежит использование одноконтурного котла. И на первом этапе выполнения расчетов нужно будет определить мощность котла, поскольку полученные результаты лягут в основу всех дальнейших вычислений.

Для одноэтажного дома определяем его объем, вычисляя объем каждого отдельного помещения в доме и суммируя полученные результаты. При подсчетах важно включить в расчеты и помещение коридора. Хоть в коридоре и не будет установлен отопительный прибор, он все равно будет отапливаться, но только пассивным способом, используя естественную циркуляцию тепла в помещениях дома. Это необходимо учитывать при выполнении расчетов.

Далее определяем мощность котла из расчета необходимой энергии для обогрева одного кубического метра пространства в доме. Для каждого региона существует отдельный показатель, но средняя его величина составляет 40Вт на один метр кубический. Если объем дома составляет 200 куб. м, то количество необходимой энергии составит 8800Вт (40х220). Для того чтобы котел имел определенный запас мощности, к полученному результату применим коэффициент 1,2. Полученные в результате расчетов данные говорят нам о том, что нужно приобрести нагреватель, вырабатывающий не менее 10 киловатт.

Расчет системы отопления частного дома

Сегодня существует несколько основных типов котлов, каждый из которых создавался в расчете на определенный вид источника используемой энергии. В качестве источника энергии могут выступать: газ, электрический ток, жидкое или твердое топливо.

Выбирая вид котла, обязательно стоит ориентироваться на следующие его характеристики:

  • насколько котел прост в эксплуатации;
  • каким показателем теплоотдачи котел обладает;
  • использование какого вида топлива является в регионе наиболее целесообразным.

Электрические котлы не нашли широкого применения в нашей стране. Причинами стали их высокая стоимость, а также высокая цена на электроэнергию. Котлы на жидком топливе приносят окружающей среде непоправимый вред, кроме того, установив такой котел, придется позаботиться и о хранилище для топлива.

Наиболее оптимальным вариантом станет котел, работающий на газе.

Устройство циркулярного насоса

В бытовой подаче воды лидирующее место занимают электронасосы центробежного принципа действия — при заборе жидкость поступает на центробежное колесо через входное отверстие, расположенное по центру его оси и выталкивается через боковой выходной патрубок.

В циркулярниках тепловой носитель поступает в рабочую камеру через центральное отверстие, а затем выталкивается лопатками центробежного колеса сквозь расположенный в боковой части его корпуса выходной патрубок. Таким образом, по принципу действия циркуляционные устройства можно отнести к центробежным видам, имеющим коэффициент полезного действия не более 80% и чувствительным к твердым примесям в воде.

Конструктивно электронасос состоит из корпуса, внутри которого помещен защищенный от влаги электродвигатель с рабочим колесом на валу, в основном колеса насосов закрытого типа — состоят из двух дисков, между которыми размещены подающие лопасти.

Рис. 3 Вариант установки насоса в однотрубный контур с теплыми полами

Давайте поговорим о самих расчетах

Чтобы Вы лучше понимали, о чем в данный момент идет речь в статье, мы приведем показательный пример расчета системы отопления. К примеру, чтобы рассчитать мощность определенного котла, можно воспользоваться следующей универсальной, по своему характеру, формулой: удельная мощность равняется площади отапливаемого помещения, которая умножается на мощность котла и делится на цифровое значение, равняющееся десяти.

Так, скажем, если площадь частного дома составляет восемьдесят пять квадратных метров, а удельная мощность равняется полутора киловаттам, то мощность котла будет составлять 12,75 кВт соответственно. Теперь Вы знаете, как выглядит формула расчета отопления, и можете в любой момент рассчитать ее самостоятельно, без привлечения специалистов.

Давайте поговорим о самих расчетах

Однако, имеются и свои тонкости в других вопросах — например, если надо сделать расчет гравитационной системы отопления, то лучше обратиться к грамотному специалисту, который в обязательном порядке должен учитывать все достоинства и недостатки, риски и преимущества.

Читайте также:  Возможные неисправности котла Навьен и способы их устранения

Давайте вместе подведем итоги и попробуем вывести общее, понятное резюме.

В данной статье мы с Вами узнали, что расчеты отопления можно делать как вручную, так и посредством использования различных онлайн-калькуляторов. Стратегия подсчётов зависит от Ваших личных предпочтений, целей, задач и удобства.

Теперь, когда Вы знаете, как рассчитывается отопление и поняли, как работает формула расчета отопления, Вам все будет по плечу — даже ни на секунду не сомневайтесь!

Давайте поговорим о самих расчетах

Расчет для двухтрубной системы

Имеется двухэтажный дом с двухтрубной системой отопления по два крыла на каждом этаже. Использоваться будут полипропиленовые изделия, режим работы 80/60 с дельтой температур 20°C. Теплопотери дома составляют 38 кВт тепловой энергии. На первый этаж приходится 20 кВт, на второй 18 кВт. Схема приведена ниже.

Расчет для двухтрубной системы

Двухтрубная схема отопления двухэтажного дома. Правое крыло (кликните для увеличения размера)

Расчет для двухтрубной системы

Двухтрубная схема отопления двухэтажного дома. Левое крыло (кликните для увеличения размера)

Расчет для двухтрубной системы

Справа размещена таблица, по которой определять будем диаметр. Розоватая область — зона оптимальной скорости движения теплоносителя.

Расчет для двухтрубной системы

Таблица для расчета диаметра полипропиленовых труб отопления. Режим работы 80/60 с дельтой температур 20оС (кликните для увеличения размера)

Расчет для двухтрубной системы

Начинаем расчет.

Расчет для двухтрубной системы

Все. Диаметры полипропиленовых труб для двухтрубной системы рассчитаны.   Для обратки сечение не рассчитывается, а разводка делаются такими же трубами, как и подача. Методика, надеемся,  понятна. Аналогичный расчет при наличии всех исходных данных провести будет несложно. Если решите использовать другие трубы — вам понадобятся другие таблицы, рассчитанные для нужного вам материала. Можете попрактиковаться на этой системе, но уже для режима средних температур 75/60 и дельтой 15°C (таблица расположена ниже).

Расчет для двухтрубной системы
Расчет для двухтрубной системы

Таблица для расчета диаметра полипропиленовых труб отопления. Режим работы 75/60 и дельта 15 °C (кликните для увеличения размера)

Расчет для двухтрубной системы

Формула расчета тепловой нагрузки с учетом разницы температур

Для более точного определения требуемой тепловой мощности обогревателя или конвектора рекомендуем воспользоваться следующими формулой.

V (объем помещения) х T (разница температур) х φ (коэффициент теплопотери) = ккал/ч

где:

  • V – это упоминаемый выше объем комнаты: ширина * длину * высоты.
  • Т (разница температур) – в зависимости от климатической зоны температура на улице может составлять и -50 С и -300С. Поэтому в формулу введен параметр выражающий разницу между средней зимней температурой на улице и желаемой температурой в помещении. Пример: среднее зимнее значение на улице составляет -150С, а в комнате требуется 250С – получается Т = 400 С.
  • φ – коэффициент теплопотерь помещений в зависимости от конструкции и изоляции.
    • 3-4 – отсутствие теплоизоляции. Простые деревянные или металлические строения без изоляции.
    • 2-2,9 – низкая теплоизоляция. Кладка в один кирпич, упрощенная конструкция строений, одинарные окна.
    • 1-1,9 – средняя теплоизоляция. Строения с кладкой в два кирпича, стандартные здания, обычная кровля, небольшое количество окон.
    • 0,6-0,9 — высокая теплоизоляция. Мало окон, сдвоенные рамы, кирпичные стены, двойная теплоизоляция, утепленная крыша и толстое основание пола.

Для получения значения мощности конвектора или обогревателя в киловаттах требуется получившееся в число разделить на 860.

Пример расчетов

Вводные данные: гостиная в частном доме, ВхШхД – 4х5х6 м. Дом построен кладкой в два кирпича, на хорошем основании (фундамент), с большим панорамным окном. Средняя температура зимой -150С, желаемая температура в комнате +220С.

  • Выясняем объем помещения – 4х5х6х = 120 м3.
  • Определяем разницу температур – 15+22=370С.
  • Подбираем коэффициент – возьмем среднее значение 1,4 т.к. несмотря на стены в два кирпича и утолщенный пол присутствует большое окно.

Подставляем данные в формулу:

V х T х φ = 120 х 37 х 1,4 = 6216 ккал.

Переводим килокалории в кВт – 6216/860= 7,2 кВт.

Получается, что для получения требуемой температуры в гостиной нам потребуется установить обогревательный прибор на 7 кВт.

Естественно в данном случае и речи не может быть об установке электрических приборов. Такие значения можно получить при установке газовых или водяных конвекторов, радиаторных батарей, тепловых пушек и т.д. Однако с учетом размеров гостиной, подобная мощность излишня — снова нет в расчете некоторых важных нюансов.

Формулы

Потому, что мы с вами, глубокоуважаемый читатель, не посягаем на получение диплома инженера-теплотехника, не начнём лезть в дебри.

Упрощенный расчет диаметра трубопровода отопления выполняется по формуле D=354*(0,86*Q/Dt)/v, в которой:

  • D — искомое значение диаметра в сантиметрах.
  • Q — тепловая нагрузка на соответствующий участок контура.
  • Dt — дельта температур между подающим и обратным трубопроводами. В обычной автономной системе она равна приблизительно 20 градусам.
  • v — скорость потока теплоносителя в трубах.
Формулы

Похоже, для продолжения нам не достаточно кое-каких данных.

Читайте также:  Бойлер косвенного нагрева схема подключения

Дабы выполнить расчет диаметра труб для отопления, нам необходимо:

  1. Узнать, с какой большой скоростью может двигаться теплоноситель.
  2. Обучиться рассчитывать тепловую мощность всей системы и ее отдельных участков.

Скорость теплоносителя

Она обязана соответствовать паре граничных условий.

С одной стороны, теплоноситель обязан оборачиваться в контуре приблизительно три раза за час. В другом случае заветная дельта температур заметно увеличится, сделав нагрев радиаторов неравномерным. Помимо этого, в сильные холода мы возьмём в полной мере настоящую возможность разморозки самых прохладных участков контура.

Формулы

Иначе, избыточно громадная скорость породит гидравлические шумы. Засыпать под шум воды в трубах — наслаждение, скажем так, на любителя.

Допустимым считается диапазон скоростей потока от 0,6 до 1,5 метров в секунду, наряду с этим в расчетах в большинстве случаев употребляется максимально допустимое значение — 1,5 м/с.

Тепловая мощность

Вот схема ее расчета для нормированного теплового сопротивления стен (для центра страны — 3,2 м2*С/Вт).

  • Для частного дома за базовую мощность берутся 60 ватт на кубометр помещения.
  • К ним добавляется 100 ватт на каждое окно и 200 — на каждую дверь.
  • Итог умножается на региональный коэффициент, зависящий от климатической территории:
Формулы
Средняя температура января Коэффициент
-40 2,0
-25 1,6
-15 1,4
-5 1
0,8

Так, помещение объемом 300 м2 с тремя дверью и окнами в Краснодаре (средняя температура января — +0,6С) потребует (300*60+(3*100+200))*0,8=14800 ватт тепла.

Для зданий, тепловое сопротивление стен которых существенно отличается от нормированного, употребляется еще одна упрощенная схема: Q=V*Dt*K/860, где:

  • Q — потребность в тепловой мощности в киловаттах.
  • V — количество отапливаемого помещения в кубометрах.
  • Dt — отличие температур между улицей и помещением в пик холодов.

Полезно: температуру в помещении лучше брать соответствующей санитарным нормам, уличную — среднему минимуму за последние пара лет.

Формулы
  • К — коэффициент утепления здания. Откуда брать его значения? Инструкция отыщется в очередной таблице.
Коэффициент утепления Описание ограждающих конструкций
0,6 — 0,9 Пенопластовая либо минераловатная шуба, утепленная кровля, энергосберегающие тройные стеклопакеты
1,-1,9 Кладка в полтора кирпича, однокамерные стеклопакеты
2 — 2,9 Кладка в кирпич, окна в древесных рамах без утепления
3-4 Кладка в полкирпича, остекление в одну нитку

Откуда брать нагрузку для отдельного участка контура? Она рассчитывается по объему помещения, которое отапливается этим участком, одним из вышеприведенных способов.

Общие данные

Сегодня есть несколько вариантов отопительных систем, но водяное отопление уже не один десяток лет является самым популярным методом.

Особенно эффективным считается вариант, в котором происходит принудительная циркуляция теплоносителя. При ее выборе можно с уверенностью говорить о качестве обогрева помещения даже большого метража.

Перед проектированием отопительной системы стоит определиться с материалом, из которого будут изготовлены трубы и составляющие элементы.

На сегодняшний день широкое применение нашли: стальные, полипропиленовые, металлопластиковые и медные изделия.

Правильно рассчитанный диаметр влияет на оптимальную длину трубопровода, количество возможных к подключению радиаторов и прогноз тепловых потерь во время роботы.

Влияние диаметра трубы на функциональность отопления

При качественных расчетах система с принудительной циркуляцией будет функционировать максимально эффективно. Поэтому стоит хорошо рассчитать вероятные тепловые потери и попробовать их минимизировать.

В противном случае даже при больших затратах энергии эффективность работы трубопровода будет не полная, то есть отопительная система не будет полностью справляться с поставленной задачей.

При выборе труб из определенного материала учитывайте его физические и химические свойства, а также запланированную длину трубопровода. Правильный подход позволит повысить КПД отопления при минимальных тратах энергии.

То, что размер сечения оказывает влияние на гидродинамику – это правда. И если некоторые считают, что чем больше ∅, тем эффективнее работа, то они сильно заблуждаются.

Если использование образцов большого диаметра не оправдано, то давление сильно падает, что приводит к тому, что отопление совсем пропадает.

Если решили проводить отопление в частном доме, то тут надо определиться с тем, как будет подаваться вода. Если от центральной магистрали, то расчет проводится таким же образом, как и для квартиры.

Если имеется своя автономная система отопления, то диаметр труб надо подбирать исходя из того какой материал использовался для ее изготовления и вида самой системы.

Читайте также:  Дровяные топливные брикеты своими руками: 3 механизма пресса

Например, размер труб для отопления с принудительной циркуляцией будет одним, а с естественной циркуляцией совсем другим.

Некоторые нюансы, определяющие выбор

  1. внутренними (основополагающий показатель размера трубы);
  2. внешними (основополагающий показатель определяющий класс изделия);
  3. условными (это значение округляется и переводится в дюймы).

Внешний диаметр бывает – малым, средним и большим.

Как рассчитать оптимальный размер без калькулятора?

Когда необходимо рассчитать подходящий размер сечения трубы отопления, то следует придерживаться определенных рекомендаций.

Профессиональные сантехники уверяют, что в отоплении с принудительной циркуляцией лучше выбирать минимальный диаметр труб насколько это возможно. Такое решения вполне обосновано.

Чем меньше будет ∅ отопления, тем меньшее количество воды нужно подогревать, что позволит сэкономить энергию и время, что тратится на подогрев воды.

Минимальное сечение позволяет минимизировать поток движения теплоносителя. Также отопительная система, состоящая из труб небольшого сечения, легче поддается монтажу и является более выгодной, если говорить о финансовых тратах.

Зачем обращаться к специалисту?

Мы выяснили, что покупать котёл от площади неправильно. Важно учитывать теплопотери здания. Например, дом в 300 м² может отопить котёл в 15кВт, если все поверхности капитально утеплили. А в дом 150 м² может потребоваться оборудование на 30кВт при тонких стенах и не утеплённой крыши и вентиляции.

Зачем обращаться к специалисту?

На эту тему есть сотни нормативов и регламентов, есть десятки формул. Иногда одно противоречит другому, или нормативы изменяются и непрофессионалу сложно разобраться, актуальны ли эти требования. Можно это все посчитать, вооружившись стопкой справочников. Или обратиться к специалистам, которые сделают точный расчёт в программе и объяснят все тонкости. Помогут сэкономить деньги, время, смоделируют эффективную систему отопления дома.

Динамические параметры теплоносителя

Переходим к следующему этапу расчетов – анализ потребления теплоносителя. В большинстве случаев система отопления квартиры отличается от иных систем – это связанно с количеством отопительных панелей и протяженностью трубопровода. Давление используется в качестве дополнительной “движущей силы” потока вертикально по системе.

В частных одно- и многоэтажных домах, старых панельных многоквартирных домах применяются системы отопления с высоким давлением, что позволяет транспортировать теплоотдающее вещество на все участки разветвлённой, многокольцевой системы отопления и поднимать воду на всю высоту (до 14-ого этажа) здания.

Напротив, обычная 2- или 3- комнатная квартира с автономным отоплением не имеет такого разнообразия колец и ветвей системы, она включает не более трех контуров.

А значит и транспортировка теплоносителя происходит с помощью естественного процесса протекания воды. Но также можно использовать циркуляционные насосы, нагрев обеспечивается газовым/электрическим котлом.

Рекомендуем применять циркуляционный насос для отопления помещений более 100 м2. Монтировать насос можно как до так и после котла, но обычно его ставят на “обратку” – меньше температура носителя, меньше завоздушенность, больше срок эксплуатации насоса

Специалисты в сфере проектирования и монтажа систем отопления определяют два основных подхода в плане расчёта объёма теплоносителя:

  1. По фактической емкости системы. Суммируются все без исключения объёмы полостей, где будет протекать поток горячей воды: сумма отдельных участков труб, секций радиаторов и т.д. Но это достаточно трудоёмкий вариант.
  2. По мощности котла. Здесь мнения специалистов разошлись очень сильно, одни говорят 10, другие 15 литров на единицу мощности котла.

С прагматичной точки зрения нужно учитывать, тот факт что наверное система отопления будет не только подавать горячую воду для комнаты, но и нагревать воду для ванной/душа, умывальника, раковины и сушилки, а может и для гидромассажа или джакузи. Этот вариант попроще.

Поэтому в данном случае рекомендуем установить 13,5 литров на единицу мощности. Умножив этот число на мощность котла (8,08 кВт) получаем расчётный объём водяной массы – 109,08 л.

Вычисляемая скорость теплоносителя в системе является именно тем параметром, который позволяет подбирать определённый диаметр трубы для системы отопления.

Она высчитывается по следующей формуле:

V = (0,86*W*k)/t-to,

где:

  • W – мощность котла;
  • t – температура подаваемой воды;
  • to – температура воды в обратном контуре;
  • k – кпд котла (0,95 для газового котла).

Подставив в формулу расчетные данные, имеем: ( * 8080* )/80-60 = 6601,36/20=330кг/ч. Таким образом за один час в системе перемещается 330 л теплоносителя (воды), а ёмкость системы около 110 л.