Як зробити гідравлічний розрахунок системи опалення: постановка завдання, порядок виконання розрахунку, помилки і способи їх виправлення
Від правильного вибору всіх елементів системи водяного опалення, їх установки, багато в чому залежить ефективність її роботи, терміни безаварійної й економічної експлуатації. Наскільки економічним і ефективним буде опалення в будинку, покажуть вже початкові вкладення коштів на етапі установки і монтажу системи. Розглянемо детальніше як здійснюється гідравлічний розрахунок систым опалення, з метою визначення оптимальної потужності опалювальної системи.
Ефективність системи опалення «на око»
У чому суми таких витрат залежить від:
- необхідних діаметрів трубопроводів
- фітингів і відповідних їм приладів опалення
- перехідників
- регулювальної і запірної арматури
Бажання мінімізувати такі витрати не повинно йти на шкоду якості, але принцип розумної достатності, якийсь оптимум, повинен дотримуватися.
У більшості сучасних індивідуальних опалювальних комплексів застосовуються електронасоси для забезпечення примусової циркуляції теплоносія, в якості якого часто використовуються незамерзаючі склади антифризів. Гідравлічний опір таких систем опалення для різних їх типів теплоносіїв буде різним.
Враховуючи постійно зростаючу вартість енергоносіїв (всі види палива, електроенергія) і витратних матеріалів (теплоносії, запчастини тощо), слід з самого початку прагнути закласти в систему принцип мінімізації витрат на експлуатацію системи. Знову ж таки, виходячи з їх оптимального співвідношення для вирішення задачі створення комфортного температурного режиму в опалювальних приміщеннях.
Зрозуміло, співвідношення потужності всіх елементів опалювальної системи повинні забезпечувати оптимальний режим подачі теплоносіядо приладів опалення в обсязі достатньому для виконання основного завдання всієї системи обігріву і підтримання заданого температурного режиму усередині приміщення, незалежно від зміни зовнішніх температур. До елементів опалювальної системи відносяться:
- котел
- насос
- діаметр труб
- регулювальна та запірна арматура
- теплові прилади
Крім того, дуже непогано, якщо в проект спочатку буде закладена певна «еластичність», допускаюшая перехід на інший вид теплоносія (заміна води на антифриз). Крім того, опалювальна система, при мінливих режимах експлуатації жодним чином не повинна вносити дискомфорт у внутрішній мікроклімат приміщень.
Гідравлічний розрахунок і розв'язувані задачі
У процесі виконання гідравлічного розрахунку опалювальної системи, вирішується досить велике коло питань забезпечення виконання наведених вище та цілого ряду додаткових вимог. Зокрема, знаходиться діаметр труб на всіх секторах за рекомендованими параметрами, що включає визначення:
- швидкості руху теплоносія;
- оптимального теплообміну на всіх ділянках і приладах системи, з урахуванням забезпечення його економічної доцільності.
У процесі руху теплоносія відбувається неминуче його тертя об стінки труби, виникають втрати швидкості, особливо помітні на ділянках, що містять повороти, коліна і т. п. В задачі гідравлічного розрахунку входить визначення втрат швидкості руху середовища, вірніше, тиску на відрізках системи, подібних зазначеним, для загального обліку і включення в проект необхідних компенсаторів. Паралельно визначення втрати тиску, необхідно знати необхідний обсяг, званий витратою, теплоносія у всій проектованої системі водяного опалення.
Враховуючи розгалуженість сучасних опалювальних систем і конструктивні вимоги реалізації найбільш поширених схем розводки, наприклад, зразкова рівність довжин гілок в колекторної схемою, розрахунок гідравліки дає змогу врахувати такі особливості. Це дозволить забезпечити більш якісну автобалансировку і ув'язку гілок, включених паралельно або за іншою схемою. Такі можливості часто потрібні в ході експлуатації із застосуванням запірних і регулюючих елементів, в разі необхідності відключення або перекриття окремих гілок і напрямів, при виникненні необхідності роботи системи в нестандартних режимах.
Підготовка виконання розрахунку
Проведення якісного та детального розрахунку повинні передувати низку підготовчих заходів щодо виконання розрахункових графіків. Цю частину можна назвати збором інформації для проведення розрахунку. Будучи найбільш складною частиною в проектуванні водяній опалювальної системи, розрахунок гідравліки дозволяє точно спроектувати всю її роботу. У підготовлених даних обов'язково повинно бути визначення необхідного теплового балансу приміщень, які будуть обігріватися проектованої опалювальною системою.
У проекті розрахунок ведеться з урахуванням типу вибраних приладів опалення, з певними поверхнями теплообміну і розміщення їх в приміщеннях, що обігріваються, це можуть бути батареї секцій радіаторів або теплообмінники інших типів. Точки їх розміщення зазначаються на поверхових планах будинку або квартири.
що Приймається схема конфігурування системи водяного опалення повинна бути оформлена графічно. На цій схемі вказується місце розміщення генератора тепла (котел), показуються точки кріплення приладів опалення, прокладка основних підвідних і відвідних трубопроводів магістралей, проходу гілок приладів опалення. На схемі докладно наводиться розташування елементів регулювальної і запірної арматури. Сюди входять усі види встановлюються кранів та вентилів, перехідних клапанів, регуляторів, термостатів. Загалом, все, що прийнято називати регулювальної і запірної арматурою.
Після визначення на плані необхідної конфігурації системи, її необхідно вичертити в аксонометричній проекції по всіх поверхах. На такій схемі кожного опалювального приладу присвоюється номер, вказується максимальна теплова потужність. Важливим елементом, також вказуються для теплового приладу на схемі, є розрахункова довжина ділянки трубопроводу для його підключення.
Позначення і порядок виконання
На планах обов'язково повинно бути зазначено, визначене заздалегідь, циркуляційне кільце, називається головним. Воно обов'язково являє собою замкнутий контур, що включає всі відрізки трубопроводу системи з найбільшим витратою теплоносія. Для двотрубних систем ці ділянки йдуть від котла (джерела теплової енергії) до самого віддаленого теплового приладу і назад до котла. Для однотрубних систем береться ділянку гілки — стояка і зворотної частини.
Одиницею розрахунку є відрізок трубопроводу, що має незмінний діаметр і струм (витрата) носія теплової енергії. Його величина визначається виходячи з теплового балансу приміщення. Прийнятий певний порядок позначення таких відрізків, починаючи від котла (джерела тепла, генератор теплової енергії), їх нумерують. Якщо від подаючої магістралі трубопроводу є відгалуження, їх позначення виконується великими літерами в алфавітному порядку. Такий же літери зі штрихом позначається збірна точка кожної гілки на зворотному магістральному трубопроводі.
В позначенні початку гілки приладів опалення вказується номер поверху (горизонтальні системи) або гілки — стояка (вертикальні). Той же номер, але зі штрихом ставиться в точці їх підключення до зворотної лінії збору потоків теплоносія. У парі, ці позначення становлять номер кожної гілки розрахункового ділянки. Нумерація ведеться за годинниковою стрілкою від лівого верхнього кута плану. За планом визначається і довжина кожної гілки, похибка становить не більше 0,1 м.
На поверховому плані опалювальної системи по кожному її відрізку вважається теплова навантаження, що дорівнює тепловому потоку, переданим теплоносієм, вона приймається з округленням до 10 Вт. Після визначення по кожному приладу опалення в гілці, визначається сумарна навантаження по теплу на магістральній подаючої труби. Як і вище, тут округлення отриманих значень ведеться до 10 Вт. Після обчислень, кожен ділянка повинна мати подвійне позначення з зазначенням у чисельнику величини теплового навантаження, а в знаменнику — довжини ділянки в метрах.
Необхідну кількість (витрата) теплоносія на кожній ділянці легко визначається шляхом ділення кількості тепла на ділянці (скориговану на коефіцієнт, що враховує питому теплоємність води) на різницю температур нагрітого і охолодженого теплоносія на цій ділянці. Очевидно, що сумарне значення по всім розрахованим ділянок дасть необхідну кількість теплоносія в цілому по системі.
Не вдаючись у деталі, слід сказати, що подальші розрахунки дозволяють визначити діаметри труб кожного з ділянок системи опалення, втрати тиску на них, зробити гідравлічну ув'язку всіх циркуляційних кілець в складних системах водяного опалення.
Наслідки помилок розрахунку та способи їх виправлення
Очевидно, що гідравлічний розрахунок є досить складним і відповідальним етапом розробки опалення. Для полегшення подібних обчислень розроблено цілий математичний апарат, існують численні версії комп'ютерних програм, призначених для автоматизації процесу його виконання.
Незважаючи на це, від помилок ніхто не застрахований. Серед найбільш поширених вибір потужності теплових приладів без проведення розрахунку, зазначеного вище. У цьому випадку, крім більш високої вартості самих радіаторних батарей (якщо потужність більше необхідної), система буде витратною, витрачаючи підвищену кількість палива і вимагаючи більш значних на своє утримання. Простіше кажучи, в кімнатах буде жарко, кватирки постійно відкриті і доведеться додатково оплачувати обігрів вулиці. У випадку заниженої потужності спроби обігріву призведуть до роботи котла на підвищеній потужності і також вимагають високих фінансових витрат. Виправити таку помилку досить складно, можливо буде потрібно повністю переробляти всі опалення.
Якщо невірно проведений монтаж радіаторних батарей, ефективність роботи всього опалювального комплексу також падає. До таких помилок відноситься порушення правил установки батареї. Помилки цієї групи можу вдвічі знизити тепловіддачу найякісніших теплових приладів. Як і в першому випадку, прагнення підвищити температуру в приміщенні, призведе до додаткових витрат енергоносія. Щоб виправити помилки установки, часто досить перевстановити і підключити заново радіаторні батареї.
Наступна група помилок відноситься до помилки визначення необхідної потужності джерела тепла і приладів опалення. Якщо потужність котла свідомо вище потужності опалювальних приладів, він буде працювати неефективно, споживаючи більшу кількість палива. Наявний подвійний перевитрата коштів: в момент покупки такого котла і в ході експлуатації. Щоб виправити становище, такий котел, радіатори або насос, а то і всі труби системи, доведеться міняти.
При розрахунку необхідної потужності котла, може бути допущена помилка у визначенні втрат тепла будівлею. У результаті потужність генератора теплової енергії буде завищена. Результатом буде перевитрата палива. Щоб виправити помилку, доведеться замінити котел.
Помилковий розрахунок балансування системи, порушення вимог зразкового рівності гілок і т. п. може призвести до необхідності встановлення більш потужного насоса, що дозволяє доставити носій до далеких приладами опалення у нагрітому стані. Проте в цьому випадку можливе поява «звукового супроводу» у вигляді гула, свисту і т. п. Якщо подібні помилки допущені в системі теплої водяної підлоги, то результатом встановлення потужного насоса може стати «співаючий підлога».
При помилках визначення необхідної кількості теплоносія або переведенні гравітаційної системи на примусову циркуляцію, обсяг його може виявитися занадто великий, і далекі прилади опалення не будуть працювати. Як і раніше, спроби вирішення проблеми збільшенням інтенсивності прогрівання, призведуть до перевитрати газу, зносу котла. Вирішити питання можна застосуванням нового насоса і гидрострелки, тобто тепловий пункт все одно доведеться переробляти.
Після всього можна однозначно сказати, що проведення гідравлічного розрахунку системи опалення дозволить гарантовано мінімізувати витрати на всіх етапах проектування, влаштування, монтажу і довготривалої експлуатації високоефективної системи водяного опалення.
