Расчет однотрубной системы отопления: что учитывать при расчете + практически пример

Расчет однотрубной системы отопления

Современные системы теплофикации жилых зданий имеют множество вариантов проектных решений, которые, в числе прочих, касаются также и вопросов доставки теплоносителя в отапливаемые помещения. Одним из вариантов таких решений является однотрубная система отопления.

Общие сведения и назначение

Однотрубная система отопления была разработана в СССР в 50х-60х годах ХХ века, как наиболее экономичная по трудозатратам и материалам. Необходимость подобной разработки обосновывалась массовым строительством жилых домов (т.н.

«хрущевок») в максимально быстро и дешево. Данная разработка предназначалась для отопления вновь возводимых жилых помещений эконом-класса.

В дальнейшем подобные системы на основе типовых проектов применялись также при строительстве панельных многоэтажных домов.

Однотрубной данная система названа потому, что трубопроводы, подводящие теплоноситель к отопительным приборам и трубопроводы, отводящие теплоноситель от прибора, врезаны в одну магистральную трубу.

Преимущества и недостатки

Преимуществами данной системы считают:

• низкая себестоимость вследствие использования меньшего количества материалов;
• быстрый монтаж из-за минимального количества соединений, монтажных проемов, количества трубопроводов;
• простота и наглядность эксплуатации;
• более эстетичный, чем, например, у двухтрубной системы, внешний вид.

Недостатками же являются:

• невозможность регулировать проток теплоносителя через отопительный прибор независимо от последующих приборов;
• необходимость наличия циркуляционного насоса вследствие высокого гидравлического сопротивления, или устройства системы с естественной циркуляцией;
• повышенная изнашиваемость элементов отопления вследствие наличия избыточного давления, создаваемого циркуляционным насосом;
• необходимость компенсировать снижение температуры теплоносителя в каждом следующем приборе за счет увеличения его поверхности нагрева.

Типы однотрубных систем отопления

По типам однотрубные системы отопления разделяются на:

• горизонтальные (применяются, в основном, для отопления одноэтажных зданий);

Горизонтальная однотрубная система отопления.

• вертикальные (применяются для теплоснабжения многоэтажных строений);

Схема закрытой однотрубной системы отопления многоквартирного дома.

• открытые, расширительный бак сообщается с атмосферой;

Однотрубный циркуляционный контур с расширителем открытого типа.

• закрытые — расширительный бак. как правило, мембранного типа, изолирован от атмосферы;

Расширительный бак в системе отопления.

• с естественной циркуляцией;
• с искусственной циркуляцией (создается циркуляционным насосом);

Схема однотрубная система отопления с искуственной циркуляцией.

• по типу теплоносителя (в однотрубной системе отопления частного дома, как правило, теплоносителем является водопроводная вода, поэтому антифриз, масло и другие виды возможных теплоносителей не рассматриваются);
• по типу присоединения отопительных приборов (проточная, с регулируемым и нерегулируемым байпасом).

Однотрубная система отопления с естественной циркуляцией.

В одной системе, как правило, используется несколько вышеназванных типов, например: вертикальная открытая однотрубная водяная система отопления с естественной циркуляцией и нерегулируемым байпасом.

Расчет и монтаж

Схемы отопления, в том числе и однотрубные, нуждаются в тщательном гидравлическом расчете для обеспечения их бесперебойной и равномерной работы. Гидравлический и тепловой расчеты можно провести самостоятельно, найдя нужные методики в интернете, или обратиться в фирмы, где проводятся данные работы.

Но при самостоятельном проведении расчета необходимо учитывать следующие факторы:

1. максимальная высота стояков должна быть не более 30 метров;
2. открытый расширительный бачок должен располагаться в высшей точке системы, желательно – прямо над главным стояком, но не ниже 3 метров от нижней точки системы;
3. в схемах отопления с естественной циркуляцией необходимо предусмотреть уклоны магистральных трубопроводов: подающего – от котла к крайнему стояку с уклоном 3-5 градусов, обратного – от крайнего стояка к котлу с уклоном не менее 3-5 градусов; в схемах с искусственной циркуляцией уклон должен составлять не менее 0,5 см на 1 метр трубы;
4. внутренний диаметр магистральных трубопроводов должен быть не менее 25 мм, диаметр стояков – не менее 20 мм.

Более подробно о гидравлическом расчете однотрубной системы отопления Вы можете узнать, посмотрев следующее видео:

Системы однотрубного отопления, не смотря на устаревшие технологии, успешно применяются и в наше время для отопления малоэтажных частных зданий и сооружений.

Тепловой насос для отопления дома: как выбрать

Однотрубная система отопления

Наибольшее распространение однотрубные системы отопления получили в 20 веке, когда они широко применялись в самых различных строениях, начиная от жилых многоквартирных домов и административных зданий и заканчивая частными домами. Однако однотрубная схема достаточно часто применяются и в настоящее время.

Вертикальная однотрубная схема водяного отопления частного дома.

Конструкция и принцип работы

Однотрубка представляет собой один подающий трубопровод, к которому последовательно подсоединены несколько радиаторов.

Двигаясь по трубопроводу, теплоноситель заходит в первый радиатор, отдает ему тепло и уже несколько охлажденным продолжает движение по подающему трубопроводу, заходя в каждый последующий радиатор.

Теплоноситель поступает во второй радиатор с меньшей температурой, чем в первый, таким образом, первому радиатору достается наибольшее количество тепла, а последнему наименьшее.

Обратите внимание

Неравномерный нагрев радиаторов является одним из основных недостатков однотрубной системы отопления.

Для решения этой проблемы в многоквартирных домах используется специальная перемычка (такого же диаметра как у подающей магистрали, либо на размер меньше), через которую, минуя радиатор, постоянно циркулирует нагретый теплоноситель.

Несмотря на использование перемычки, однотрубная система, в отличии от двухтрубной, является более холодной. В двухтрубной системе присутствует как подающая, так и обратная магистраль, к которым одновременно подключается каждый радиатор.

В двухтрубной схеме теплоноситель, по подающей магистрали, заходит в радиатор, где происходит теплопередача. После этого, теплоноситель выходит из радиатора уже по обратной магистрали, а не по подающей, как в однотрубной схеме. Таким образом, в двухтрубной системе каждый радиатор, вне зависимости от его удаленности, нагревается практически одинаково.

Примечание! Наиболее подходящим условием применения однотрубной системы отопления в частном доме является небольшая отапливаемая площадь, т.е. количество используемых радиаторов.

Если для отопления дома необходимо только 5 радиаторов, то однотрубка будет одним из лучших вариантов.

Если же в системе планируется 6-10 радиаторов, то ее применение проведет к удорожанию проекта (необходимость установки многосекционных радиаторов и увеличенного подающего трубопровода).

Горизонтальная однотрубная схема отопления частного дома своими руками, диагональное подключение.

Почему необходимо увеличивать размеры каждого последующего радиатора?

Даже при правильно смонтированной однотрубной системе отопления, ее последние радиаторы будут нагреваться слабее, чем первые.

Это происходит потому, что каждый последующий (по ходу движения теплоносителя) радиатор будет забирать около 10°C.

Поэтому, для увеличения теплоотдачи последних отопительных приборов рекомендуется использовать многосекционные радиаторы, которые обладают более высокой теплоотдачей. Такое решение, безусловно, увеличивает себестоимость всей системы.

Важно

К примеру, однотрубная система отопления смонтирована так, что подающий трубопровод и подводки к радиаторам имеют одинаковый диаметр.

В результате более высокого углового сопротивления, в радиатор войдет менее половины теплоносителя, около 45%, остальная часть продолжит движение по подающему трубопроводу.

Если в первый радиатор поступил теплоноситель с температурой 60°C, то на выходе из радиатора будет уже 50°C.

Далее 60°C-ый теплоноситель в подающей магистрали смешивается с 50°C-ым выходящим из радиатора, в результате этого получается теплоноситель с температурой около 55°C. Таким образом, с каждым последующим радиатором, температура теплоносителя будет уменьшаться примерно на 4,5-5°C (около 7%). Соответственно каждый последующий радиатор необходимо увеличивать на 7% по отношению к предыдущему.

Схема однотрубки с нижним подключением.

Увеличение подающей магистрали

Однако, чтобы так значительно не увеличивать количество секций каждого последующего радиатора, рекомендуется увеличить диаметр подающего трубопровода (на 1 или 2 размера больше, чем у подводки к радиаторам).

Недостатки однотрубной системы отопления

Неравномерный нагрев радиаторов. Даже используя многосекционные радиаторы будет сложно добиться одинаковой теплоотдачи всех радиаторов.

• Более высокая стоимость. В сравнении с двухтрубной схемой, однотрубка является более дорогостоящей, т.к. необходимо приобретать каждый следующий по направлению движения теплоносителя радиатор с увеличенным количеством секций. Помимо этого, для подающей магистрали необходима более «толстая», чем в двухтрубке, труба.
• Не экономична. Многосекционные радиаторы и «толстая» труба подающей магистрали увеличивают количество теплоносителя в системе. Соответственно для его нагрева потребуется использовать больше топлива.
• Сложность монтажа. В сравнении с двухтрубной системой, монтаж и расчет однотрубной системы является более сложным процессом (см. вышеописанные причины).

Как сделать расчет диаметра трубы для отопления – примеры для разных систем

Содержание:

Для систем с принудительной циркуляцией огромное значение имеет правильно подобранный трубопровод. Если в расчете диаметра труб для отопления будут допущены ошибки, это скажется на эффективности обогрева дома.

Что для этого нужно

Чтобы рассчитать диаметр трубы, как правило, в учет берут следующие факторы:

1. Суммарные теплопотери жилища.
2. Какой мощностью обладают обогревающие радиаторы отдельно в каждом помещении.
3. Общая длинна труб контура.
4. Каким образом разведена система.

Для возможности рассчитать диаметр труб необходимо заранее определить общие потери тепла, мощность котельного оборудования и батарей для каждого помещения. Немалое значение имеет также то, какой способ будет выбран для разводки труб.  Имея на руках все эти параметры, составляется схема будущего расчета.

Важно также помнить о некоторой специфике маркировки различных труб. Так, на полипропиленовых трубах для отопления частного дома диаметр указывается наружный (то же самое касается изделий из меди). Для вычисления внутреннего параметра отнимают от этого показателя толщину стенок. Стальные и металлопластиковые трубы маркируются внутренним сечением.

Выбор подходящего диаметра труб для отопления

Провести точный расчет сечения трубопровода практически невозможно. Для этих целей применяется несколько способов, при приблизительной идентичности конечного результата. Как известно, главной задачей системы является доставка на батареи необходимого объема тепла, чтобы добиться максимальной равномерности нагрева отопительного прибора.

В принудительных контурах для этих целей задействуется трубопровод, теплоноситель и циркуляционный насос. С помощью этого набора приспособлений необходимо за фиксированное время подать нужную порцию теплоносителя.

Существует два способа реализации этой задачи – использование труб меньшего диаметра в комбинации с большей скоростью движения воды, или применение системы с большим сечением, в которой интенсивность движения будет меньшей.

Причины популярности первого варианта:

1. Меньшая цена на более тонкие трубы.
2. Большая простота монтажа.
3. На открытых участках такие системы менее заметны. Если же их помещать в пол или стены, посадочные места под укладку требуется меньшие.
4. В узких трубопроводах находятся меньше жидкости. Это приводит к снижению инерционности системы и к экономии топлива.

Благодаря набору типовых диаметров и фиксированному количеству транспортируемого по ним тепла, отпадает необходимость проведения однотипных расчетов.

Для этих целей были составлены специальные таблицы: они позволяют, имея на руках данные о нужном количестве тепла, скорости подачи воды и рабочей температуре нагрева контура, рассчитать нужные размеры.

Чтобы определиться, какие диаметры труб бывают для отопления, необходимо отыскать нужную таблицу.

Для расчета диаметра отопительных труб применяется следующая формула: D = √354х(0.86х Q/∆t)/V, где D – искомый диаметр трубопровода (мм), ∆t° – дельта температур (разница подачи и обратки), Q – нагрузка на данный участок системы, кВт – определенное количество тепла, необходимое на обогрев помещения, V – скорость теплоносителя (м/с).

Автономные системы обычно обладают скоростью движения теплоносителя на уровне 0,2 – 1,5 м/с. Как показывает практический опыт, наиболее оптимальной скоростью в таких случаях является 0,3 м/с – 0,7 м/с. При уменьшении этого показателя возникает реальная угроза появления воздушных пробок, при увеличении – теплоноситель при движении начинает сильно шуметь.

Для подбора оптимального значения и существуют таблицы. Они содержат данные для труб из разного материала – металла, полипропилена, металлопластика, меди. При определении диаметра труб отопления, как правило, упор делался на стандартные рабочие режимы с высокими и средними температурами. Понять суть процедуры помогут некоторые примеры.

Расчет двухтрубных систем

Речь пойдет о двухэтажном доме с двухтрубной системой отопления по два крыла на каждом этаже. Для обустройства системы применяются полипропиленовые трубы. Режим работы – 80/60, дельта температур – 20 градусов. Уровень теплопотерь – 38 кВт тепловой энергии (первый этаж – 20 кВт, второй – 18 кВт).

Порядок расчета:

1. Для начала нужно определиться с тем, какой трубой оформить участок между котлом и первым разветвлением. Здесь транспортируется весь объем теплоносителя, передающий тепло в 38 кВт. Справочные данные указывают на два подходящих параметра – 40 и 50 мм. Выгоднее остановиться на меньшем диаметре 40 мм.
2. В месте разделения потока 20 кВт направляется на первый этаж, а 18 кВт – на второй. Согласно справочнику проводится определение сечения. В этом случае для каждого направления оптимальным диаметром является 32 мм.
3. В свою очередь, каждый контур включает в себя по две линии с равноценной нагрузкой. На первом этаже в обе стороны расходится по 10 кВт (20 кВт/2=10 кВт), на втором – по 9 кВт (18 кВт/2) = 9 кВт). Подходящими значениями для этих веток будет 25 мм. Данный параметр разумнее использовать до момента снижения нагрузки до 5 кВт. После этого переходят на диаметр 20 мм. Первый этаж переводится на 20 мм сразу за вторым радиатором.  Второй этаж обычно переходит после третьего прибора. Как показывает практика, этот переход лучше всего осуществлять при нагрузке 3 кВт.

Таким образом проводится расчет диаметра полипропиленовых труб для двухтрубной системы.  Определять размеры обратной трубы нет смысла: они берутся такие же, как и для подачи.

Эта процедура несложная: главное – иметь всех исходные данные. Если для организации системы предполагается применение труб другого типа, использовать нужно данные под конкретный материал изготовления.

Расчет диаметра труб отопление с естественной циркуляцией несколько отличается.

Расчет однотрубной системы принудительного типа

Принцип применяется такой же, как и в предыдущем случае, однако алгоритм действий меняется. Для примера можно взять расчет внутреннего диаметра простой однотрубной системы отопления в одноэтажном доме. В контуре есть шесть радиаторов с последовательным подключением.

Порядок расчета диаметра трубопровода отопления по тепловой мощности:

1. Котел передает в начало системы 15 кВт тепла. Согласно справочным данным, этот участок можно оснастить трубами 25 мм и 20 мм. Как и в первом примере, лучше выбрать 20 мм.
2. Внутри первой батареи происходит снижение тепловой нагрузки до 12 кВт. Это никак не влияет на сечение выходящей трубы: оно остается в том же значении 20 мм.
3. Третий радиатор уменьшает нагрузку до 10,5 кВт. При этом сечение остается прежним – все те же 20 мм.
4. Переход на меньший диаметр 15 мм происходит после четвертой батареи, так как нагрузка уменьшается до 8,5 кВт.
5. К пятому прибору теплоноситель транспортируется по трубе 15 мм, а после него происходит переход на 12 мм.

На первый взгляд может показаться, что расчет диаметров труб для системы отопления происходит легко и просто. Действительно, когда для организации контура используются полипропиленовые или металлопластиковые изделия, сложностей обычно не возникает.

Это объясняется их небольшой теплопроводностью и маленькими утечками тепла сквозь стенки (их можно не учитывать). Совершенно по-другому обстоит дело с металлическими изделиями.

Если стальной, медный или нержавеющий трубопровод имеет приличную длину, через его поверхность будет утекать достаточно много тепловой энергии.

Как рассчитать металлические трубы

Крупные системы отопления, обустроенные при помощи металлических труб, требуют учета теплопотерь через стенки.

Хотя в среднем эти показатели достаточно низкие, однако на очень длинных ветках суммарное значение потерянной энергии достаточно высокое.

Нередко из-за этого последние батареи в отопительном контуре нагреваются недостаточно хорошо. Причина здесь одна – был неправильно выбран диаметр труб.

Совет

Примером послужит определение потерь стальной трубы 40 мм, при толщине стенок 1,4 мм. Для расчета используется формула q = kх3.14х(tв-tп), где q – тепловые потери метра трубы, k -линейный коэффициент теплопередачи (в этом случае он соответствует 0,272 Вт*м/с), tв – температура воды внутри (+80 градусов), tп – температура воздуха в комнате (+22 градуса).

Для получения результата необходимо подставить в формулу нужные значения:

q = 0,272х3,15х(80-22) = 49 Вт/с

Вырисовывается такая картина, что каждый метр трубы теряет тепло в количестве почти 50 Вт. На очень длинных трубопроводах суммарные потери могут быть просто катастрофическими.

При этом объемы утечек напрямую зависят от сечения контура. Для учета подобных потерь к показателю снижения тепловой нагрузки на батарее необходимо добавить схожий показатель на трубопроводе.

Определение оптимального диаметра трубопровода проводится с учетом суммарного значения утечек.

Поиск соответствующих данных

Что касается поиска оптимальных справочных данных, то почти все сайты производителей комплектующих отопительных систем предоставляют эту информацию. В тех случаях, когда подходящие значения не были найдены, существует специальная система подбора диаметров.

Эта методика основана на вычислениях, а не на усредненных закономерностях, построенных на обработке данных об огромном количестве отопительных систем.

Расчет теплоносителя по сечению трубы разработан сантехниками с практическим опытом проведения монтажных работ, и применяется для обустройства небольших контуров внутри жилищ.

В подавляющем большинстве случаев отопительные котлы оснащаются двумя размерами подающих и обратных патрубков: ¾ и ½ дюйма. Этот размер принимается за основу для выполнения разводки до первого разветвления. В дальнейшем каждое новое разветвление служит поводом для уменьшения диаметра на одну позицию.

  Этот метод позволяет провести расчет сечения труб в квартире. Речь идет о небольших системах в 3-8 радиаторов. Обычно такие схемы состоят из двух-трех линий с 1-2 батареями. Подобным образом можно рассчитывать и небольшие частные коттеджи.

При наличии двух и более этажей приходится использовать справочные данные.

Метод приравнивания

Хотя трубы из разных материалов маркируются разными значениями (внутренними или внешними), в некоторых случаях допускается их приравнивание. Это касается ситуаций, когда не удается найти данные о конкретной трубе: в такой ситуации можно использовать информацию по аналогичному сечению изделия из другого материала.

Допустим, требуется рассчитать, какой диаметр металлопластиковой трубы нужен для отопления, а нужные сведения по этому материалу найдены не были.

Обратите внимание

В качестве альтернативы используется таблица скорости теплоносителя в системе отопления для полипропиленовых изделий. Используя соответствующие размеры, производят подбор соответствующих параметров для металлопластиковой трубы.

Без неточностей в таком случае обойтись не удается, однако в контурах принудительного типа они не являются критичными.

Вывод

Используя для организации отопления своего дома не очень сложную и разветвленную схему, расчет оптимального диаметра трубопровода может быть реализован своими силами.

Чтобы это сделать, необходимо вооружиться информацией о теплопотерях жилища и мощности каждой батареи.

Далее при помощи специальных таблиц и справочников подбирают оптимальное значение сечения труб, которое сможет обеспечить транспортировку нужного объема тепловой энергии в каждую из комнат.

Если применяются сложные схемы со множеством элементов, то для их расчета желательно пригласить профессионального сантехника. При наличии уверенности в собственных силах рекомендуется все же проконсультироваться со специалистом. Бывают случаи, когда по причине допущенных ошибок приходится заниматься дорогостоящей реконструкцией всего контура.

Расчет системы отопления

При строительстве дома, точнее, при устройстве различных систем коммуникаций, возникают некоторые вопросы по системе отопления. Вопросы связаны в первую очередь с количеством и диаметром труб, с мощностью отопительного котла и так далее. Чтобы ответить на все эти вопросы проводят расчет системы отопления.

Такие расчёты, как правило, достаточно сложные, и проводить их может не каждый человек, но попытаться разобраться стоит. Ведь при неправильном выборе толщины труб, возможен повышенный износ котла, или несвоевременный выход его из строя.

Расчет системы отопления, который показывает оптимальный диаметр труб, нужную мощность нагревательного котла и так далее, называется гидравлическим расчётом.

Задачи расчёта

Для определения задач расчёта нужно рассмотреть те вещи, для чего он проводится, то есть рассмотреть факторы, влияющие на правильность работы системы отопления.

Показателями эффективности являются следующие моменты:

• Подача теплоносителя к отопительному оборудованию осуществляется в нужном объёме. Это значит, что вода в трубах нормально циркулирует и обеспечивает нормальный тепловой баланс в помещении, не смотря на постоянно меняющуюся температуру наружного воздуха, при учёте заданной температуры пользователем;
• Затраты на обслуживание системы отопления сведены к минимуму;
• Затраты, необходимые на устройство отопительной системы сведены к минимуму;
• Отопительная система работает стабильно, без перебоев и посторонних шумов;

Из этих критериев эффективности можно выделить задачи расчёта системы отопления частного дома:

• Определение оптимального диаметра труб, которые будут использоваться для устройства системы отопления, при этом учитываются требования к скорости перекачки теплоносителя;
• Выполнение правильной гидравлической увязки приборных и других ветвей системы, то есть установку всех необходимых датчиков, счётчиков и так далее;
• Расчёт потерь давления на определённых участках системы отопления;
• Выяснить потери давления и общий расход теплоносителя на всей системе отопления;

Перед гидравлическим расчётом нужно сделать некоторые другие расчёты и некоторую иную работу:

• Определить тепловой баланс помещений;
• Выбор типа отопительных приборов, а также определиться с их расположением в отапливаемом помещении;
• Начертить схему отопления помещения;
• Определить главный контур отопления, то есть центральное циркулярное кольцо;

Рассчитывать нужно тот участок, который имеет трубы одного и того же диаметра на всей своей длине и имеет постоянный расход теплоносителя, то есть расход воды на этом участке не изменяется.

Определить расход воды можно по тепловому балансу помещения.

Таким образом, получается, что одна система отопления может иметь сразу несколько расчётных участков. Для того чтобы не пропустить какой-либо участок, их нумеруют. Нумерацию следует начинать от источника тепла, то есть, например, от газового нагревательного котла.

Для расчёта потребуется и такая информация, как длины участков трубопроводов. Их можно узнать из плана устройства системы отопления. При определении длины каждого участка допускается погрешность в 0,1 метр на каждом участке.

Тепловая нагрузка равна тепловому потоку на каждом расчётном участке. Этот тепловой поток передаётся участку от теплоносителя. Тепловая нагрузка на участках магистральных и распределительных труб вычисляется после того, как она нанесена на все приборные ветки трубопровода и сами приборы.

Многолетняя практика установила, что тепловая нагрузка указывается сверху черты дроби, а вот длина участка снизу. Нагрузка указывается в ваттах, а длина в метрах.

Для определения тепловой нагрузки требуется знать две температуры:

• Температура теплоносителя в прямом потоке;
• Температура теплоносителя в обратном потоке;

Зная все вышеперечисленные величины, нагрузка рассчитывается по формуле:

Q = 3,6*Q/c*(Tп-Tо) или Q = 0,86*Q/(Tп-Tо)

Размерность будет в килограммах на час.

Во второй формуле сокращение было произведено на основании, того, что теплоёмкость (с) теплоносителя равна 4,2 кДж. При этом стоит заметить, что это теплоёмкость воды.

Выбор диаметра трубы

Для устройства системы отопления используют трубы, которые могут быть сделаны из следующих материалов:

• Чёрная сталь;
• Нержавеющая сталь;
• Медь;
• Модификации полиэтилена;
• Пропилен и так далее;

Все эти материалы обладают различными физическими свойствами, которые влияют на их оптимальный диаметр.

На этапе расчёта диаметра труб можно выделить несколько основных требований, которые предъявляются к трубам:

• Минимальные эксплуатационные затраты;
• Минимальные затраты на устройство систем отопления;

Как видно весь расчёт сводится к стоимости устройства и использования системы отопления. Действительно, если труба большего, чем нужно, диаметра, то она и стоит дороже, и потом будет обладать избыточной теплопередачей, что тоже плохо.

Чтобы удовлетворить первый показатель, диаметр трубы должен быть таким, который обеспечивал бы минимальную скорость движения теплоносителя в ней. Минимальной скоростью считается скорость в 0,25 метров за одну секунду.

Трубы для системы отопления

Малые скорости приводят к тому, что возникает необходимость в трубах большего диаметра, и к тому, что:

• Увеличивается материалозатраты на устройство всей системы;
• Увеличивается стоимость всей отопительной системы;
• Увеличивается объём теплоносителя, необходимый для нормальной работы отопительной системы;
• Снижается быстродействие системы;

Для того чтобы удовлетворить второму требованию экономической целесообразности, нужно использовать трубы наименьшего диаметра.

Таким образом, видно, что при расчёте следует искать консенсус между двумя абсолютно противоположными требованиями. За многолетнюю практику устройства систем отопления были рассчитаны определённые скорости движения теплоносителя для определённых диаметров труб, то есть была установлена математическая связь между двумя этими показателями.

Опыт показывает, что наибольшей эффективностью обладает та система отопления, теплоноситель в которой движется со средней скоростью в 0,3-0,7 метра за одну секунду.

Важно

При такой скорости удельная потеря давления будет равна примерно 45-300 паскалей на один метр трубопровода. Эта цифра относится к полимерным трубам.

Для металлических труб потери давления лежат в диапазоне от 60 до 480 паскалей на метр.

Если взять в расчёт и то, что трубы из полимерных материалов стоят дороже, чем трубы из металла, то в них экономически целесообразно поддерживать более высокую скорость движения теплоносителя. Это снизит затраты на эксплуатацию, что приведёт к скорой окупаемости полимерных труб.

Итак, для того чтобы определить диаметр трубопровода, обозначим эту величину буквой D, нужно воспользоваться приведенными ниже данными, при этом стоит учесть, что уже заранее известна разница между температурами потока в прямом направлении и потока в обратном направлении. Такая разница равна 20 градусам.

Потери давления

В предыдущем расчёте постоянно упоминалось такое понятие, как потери давления. Эти цифры не являются константами, они индивидуальны для определённых условий. По сему, можно сделать вывод, что потерю давления тоже можно рассчитать.

Итак, вся система отопления со своими трубами и источником тепла образует отопительный контур. В тех системах, где используется две трубы, количество контуров равно числу отопительных приборов, а вот в тех системах, где используется одна труба это количество контуров равно числу приборных веток.

Процесс распределения теплоносителя между контурами протекает в обратной пропорциональной зависимости от потерь давления на этих контурах. Стоит отметить, что эта зависимость является квадратичной.

Общие потери давления находятся, как сумма потерь на всех участках, то есть можно утверждать, что это величина аддитивна.

Таким образом, потерю на определённом участке можно представить в виде двух составляющих компонентов:

• Потеря давления за счёт гидравлического трения;
• Потеря давления за счёт местных сопротивлений;

Тогда можно вывести формулу, по которой рассчитывается потеря давления на определённом участке:

P=P1+P2= (p*v*v/2)*((Y*l/d)+e), где:

• P1- потери давления на гидравлическое трение;
• P2 – потери давления на местных сопротивлениях;
• p- плотность теплоносителя;
• y – коэффициент гидравлического трения;
• d и l – это внутренний диаметр трубопровода и его длина;
• е – представляет собой сумму коэффициентов местных давлений;
• v – скорость теплоносителя;

В этой формуле есть только один неизвестный член – коэффициент гидравлического трения. Его находят из формулы:

y= 0,11*((68/Re)+(Kэ/d)) в степени 0,25.

В этой формуле:

• Re – число Рейнольда;
• Kэ – шероховатость трубы, выраженная в миллиметрах;

Некоторый анализ привел к тому, что была установлена другая формула для вычисления потерь давления:

P=S*G ?, где:

• G – расход теплоносителя на данном участке, выраженный в килограммах в час;
• S — характеристика гидравлического давления ;

Характеристика гидравлического давления имеет следующий физически смысл: потеря давления на определённом участке при расходе теплоносителя массой в один килограмм.

Эта величина рассчитывается по формуле:

Отопление деревянного дома

S= А*Eпр=А*(yl/d+e), где:

• А – давление динамическое удельное, выраженное в паскалях, делённых на килограмм в час в квадрате;
• Епр – приведённый коэффициент местных сопротивлений;

В свою очередь, удельное динамическое давление представляет собой с физической точки зрения то давление, которое создаёт теплоноситель, во время протекания по трубе, в объёме один килограмм за один час.

Эта величина может быть рассчитана по формуле:

А=p*v*v/2G*G

Подставляя табличные данные, получим:

А=6.2544*10-8 /p*d4

Приведённый коэффициент местных сопротивлений является суммой всех местных сопротивлений и величины ((?/d)·l), тогда получим:

Eпр=(yl/d)+e

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что для того, чтобы рассчитать потери давления на участке труб, необходимо иметь следующие исходные данные:

• Некоторые гидравлические характеристики трубопровода, такие, как ?/d и А или R;
• Длину трубопровода того участка, на котором производится расчёт;
• Сумму местных сопротивлений (е), то есть структуру расчётного участка и все значения коэффициентов местных сопротивлений;

Кроме такого рода расчёта можно проводить и другие, более лёгкие, упрощённые. К таким расчётам относится расчёт, в котором рассчитывается оборудование, то есть мощность и другие показатели отопительного котла, радиатора и так далее.

Приведём пример такого расчёта.

На первом этапе нужно узнать объём всех помещений. Его находить просто, применяя школьную формулу, то есть высота, умноженная на длину и ширину.

Пусть общий объём получился равным 250 кубических метров.

Проведённые исследования показывают, что для отопления одного кубического метра воздуха нужна мощность в 41 Ватт. Таким образом, можно посчитать общую мощность обогревательного элемента, которая необходима для обогрева всего пространства:

41*250=10250.

Система отопления — теплый пол

Совет

Эту цифру нужно увеличить примерно на 20-25 процентов, чтобы оставался запас тепла. В противном случае котёл должен будет постоянно работать, не останавливаясь, что практически невозможно.

Кроме того прибавленные 20 процентов к мощности обезопасят от перепада давления газа в котле.

Если давление уменьшится, то и количество производимого тепла тоже уменьшится при одной и той же мощности котла.

По сему, найдём оптимальную мощность котла, как:

 (10250/100*20)+10250=12300 Ватт, то есть примерно 12 киловатт.

На сегодняшний день промышленность выпускает котлы с номинальной мощность в 12-14 киловатт. Если нужен котёл с большей мощностью, то его необходимо заказать.

С мощностью котла определились, теперь можно узнать мощность тех радиаторов, которые будут стоять в каждой комнате.

Для этого нам понадобится знать кубатуру каждой комнаты. Зададим такие данные:

• 1 комната объёмом в 25 кубических метров;
• 2 комната с объёмом в 25 кубических метров;
• 3 комната объёмом в 50 кубических метров;
• 4 комната объёмом 100 кубических метров;
• 5 комната объёмом 35 кубических метров;
• 6 комната объёмом 15 кубических метров;

Итак, рассчитаем каждую комнату по отдельности.

Требуемая мощность для 1 комнаты находится, как:

25*41=1025 Ватт

Округлим до 1200 Ватт. Такую мощность способны выдавать примерно 8 ребёр алюминиевого радиатора, при учёте того, что каждое ребро имеет выходную мощность в 150 Ватт. Высота такого радиатора равна примерно 60 сантиметрам, а температура 70 градусам.

Требуемая мощность для 2 комнаты находится, как:

25*41=1025 Ватт, то есть примерно те же 8 рёбер.

Требуемая мощность для 3 комнаты находится, как:

50*41=2050 Ватт. Округлим до 2250, то есть нужен радиатор с теми же параметрами на 15 рёбер.

Требуемая мощность для 4 комнаты находится, как:

100*41=4100 Ватт. Округлим до 4200, то есть понадобятся несколько радиаторов с общим количеством рёбер 28.

Требуемая мощность для 5 комнаты находится, как:

35*41=1435 Ватт. Округлим до 1500, то есть понадобится радиатор на 10 рёбер.

Требуемая мощность для 6 комнаты находится, как:

15*41=615 Ватт. Округлим до 600, то есть понадобится радиатор с числом рёбер 4.

Обратите внимание

Теперь проверим, справится ли котёл с заданной общей мощностью. Для этого сложим все высчитанные мощности и сравним их с мощностью среднестатистического котла, то есть с максимум 14 кВт.

Сумма мощностей:

1200+1200+2250+4200+1500+600=10950 Ватт, примерно 11кВт, а котёл имеет от 12 до 14 кВт. Значит, делаем вывод, что котёл справится.

На этом расчёт мощности отопительного оборудования завершён. Можно также проводить расчёты на затраты газа оборудованием, на стоимость обслуживания и так далее. Однако такие подсчёты не относятся к гидравлическому расчёту отопительной системы частного. Дома. Их можно отнести к расчётам экономической эффективности отопительного оборудования.

Коэффициент затекания в однотрубной системе отопления

Рассмотрим задачи на расчеты коэффициентов затекания. Найдем фактическое и номинальное значение коэффициентов затекания.

Коэффициент затекания – это очень важный параметр как показатель качества работы однотрубной системы отопления! За счет этого параметра мы точно можем рассчитать более надежную однотрубную систему отопления!

Рассмотрим вопросы:

Подробнее о схемах: Гидравлические смыслы цепей

Gрад – расход радиатора, м3/час

Gобщ – общий расход(стояка), м3/час

Кзат – Коэффициент затекания:

Где:

Gобщ – общий расход, м3/час

Gрад – расход радиатора, м3/час

Gб – расход байпаса, м3/час

Sрад – гидравлическая характеристика ветки радиатора, Па/(л/ч)2

Sб – гидравлическая характеристика ветки байпаса, Па/(л/ч)2

Что такое Kv написано тут: Что такое Kvs?

0,1 это перевод (из литра в метр кубический) и (из паскалей в метры водяного столба).

Если известны пропускные способности веток(радиатора и байпаса), то можно найти коэффициент затекания (Кзат) в радиатор:

Уменьшение диаметра байпаса увеличивает коэффициент затекания в радиатор.

Увеличение диаметра байпаса уменьшает коэффициент затекания в радиатор.

Если общий расход(стояка) равен 2 м3/час, а коэффициент затекания в радиатор равен 0,1 то расход в радиаторе будет равен

То есть рассчитаем номинальное значение коэффициента затекания. Расчет фактического значения рассмотрим ниже.

Термин номинальный следует понимать, как рекомендуемое значение.

Например, необходимо подобрать диаметры и клапана с целью установления необходимого значения коэффициента затекания. И как узнать, чему должно быть равно это значение 0,1 или 0,2 или 0,3?

Значение номинального коэффициента затекания должно быть равно:

Если мощности радиаторов отличаются:

Например, имеем 2 радиатора разной мощности: 1 кВт и 3 кВт. Сумма мощности двух радиаторов 4 кВт.

То есть имеем однотрубную систему с определенным количеством радиаторов. Нужно поделить единицу на количество радиаторов для одной однотрубной системы. Или поделить рассчитать коэффициент затекания согласно мощности каждого радиатора. Подробнее о системах и схемах: Гидравлические смыслы цепей

Очень важно не стремиться увеличивать температурный перепад между подачей и обраткой радиаторов. Чем больше перепад радиатора, тем холоднее будет последний радиатор. Для уменьшения температурного перепада надо увеличивать общий расход магистральной трубы однотрубной системы отопления.

Задача: Имеем 2 радиатора. Расход системы = 0,2 м3/час. Найти значение коэффициента затекания в радиатор.

Ответ:

Грубо говоря, нужно расход общей магистральной трубы поделить равномерно на все радиаторы. Если мощности радиаторов сильно отличаются, то рассчитать согласно мощности на каждый радиатор(расчет описан выше).

Важно

Чтобы найти фактический коэффициент затекания нужно решить обратную задачу гидравлики по расчету потерь напора в трубопроводе при движении теплоносителя. Как найти потерю напора в трубопроводе?

Автоматически решает обратную задачу программное обеспечение: http://gidroraschet.ru/kurs/gidravlika/prog/present2.htm

То есть необходимо найти расходы двух веток: Ветки радиатора и ветки байпаса.

Если известны расходы, то легко найти коэффициент затекания по формуле:

Рассмотрим задачу, как найти фактическое значение коэффициента затекания в однотрубной системе отопления.

Задача: Имеем однотрубную систему отопления с диаметрами, смотри рисунок:

Труба из полипропилена. Использованы тройники ПП25х20х20.

Коэффициент затекания будет зависеть от соотношения гидравлического сопротивления веток: Ветки радиатора и ветки байпаса.

Тройники тоже будут влиять на коэффициент затекания. И коэффициент затекания также будет зависеть от движения теплоносителя с поворотом. Например, смотри схему:

Уменьшение диаметра байпаса будет приводить к увеличению коэффициента затекания.

Найти фактические расходы веток радиатора и байпаса проще в этой программе:

Подробнее о программе

Номинальный коэффициент затекания должен быть равен 0,5.

Диаметры и клапана нужно подбирать так, чтобы фактическое значение совпадало с номинальным значением.

То есть для расчета фактического коэффициента затекания нужно найти фактические расходы. А найти расходы, включая все гидравлические сопротивления, поможет программное обеспечение: http://gidroraschet.ru/kurs/gidravlika/prog/present2.htm

Давайте посчитаем разницу коэффициентов затекания при разных движения теплоносителя в тройниках.

Подробнее о программе

Совет

Если будет большая разница между фактическим и номинальным значением, то мы получим не эффективное распределение расходов в системе между радиаторами. Грубо говоря, это экономически не выгодно.

Например, насос будет использовать лишнюю работу на перекачивание теплоносителя по магистральному трубопроводу. Или например, в первые минуты пуска, радиаторы будут прогреваться менее равномерно.

А при не равномерном прогревании мы получим сильное отклонение по температуре между первым и последним радиаторами.

Если фактический коэффициент затекания будет выше номинального, то при первом пуске работы системы, нагрев радиаторов будет менее равномерным. То есть первые радиаторы будут получать заведомо больше преимущества в нагреве, чем последние.

Сильное отклонение значений приведет к увеличению разницы температуры между первым и последним радиатором. То есть последние радиаторы будут более холоднее.

Если фактический коэффициент затекания будет равен номинальному, то прогрев будет более равномерным и отклонение по температуре будет минимальным.

Если фактический коэффициент затекания будет ниже номинального, то для хорошего прогрева радиаторов придется пускать лишний расход по магистральному трубопроводу. То есть недостаток значения приведет к уменьшению расхода в радиаторе.

А если увеличивать расход, то получим лишний – бесполезный расход в магистральном трубопроводе. Это приводит к экономически не выгодному использованию циркуляционного насоса.

Если не увеличивать расход магистрали, то мы получим высокие перепады в радиаторах, что приведет к тому, что радиаторы будут выдавать меньше тепловой энергии. То есть получается, что мы купили лишнюю мощность радиатора, которую не используем.

Подробнее о программе

Термостатический клапан сильно уменьшает коэффициент затекания. Это также может приводить к неэффективному использованию радиатора. То есть КПД радиатора может быть ниже.

В заключении спрошу сантехников:

– Кто из сантехников и инженеров учитывает коэффициент затекания? Подавляющее большинство сантехников, включая меня, создавали схемы и выбирали диаметры, не понимая всю глубину коэффициента затекания при расчете однотрубных систем отопления.

Обратите внимание

А в этой статье я написал, что будет, если Вы не будите следовать правилу: Фактическое значение коэффициента затекания должно совпадать с номинальным коэффициентом затекания. Это правило экономики нужно соблюдать иначе вся ваша экономика – это трата денег и лишней энергии.

Пишите комментарии ниже.

    Серия видеоуроков по частному дому
            Часть 1. Где бурить скважину?
            Часть 2. Обустройство скважины на воду
            Часть 3. Прокладка трубопровода от скважины до дома
            Часть 4. Автоматическое водоснабжение
    Водоснабжение
            Водоснабжение частного дома. Принцип работы. Схема подключения
            Самовсасывающие поверхностные насосы. Принцип работы. Схема подключения
            Расчет самовсасывающего насоса
            Расчет диаметров от центрального водоснабжения
            Насосная станция водоснабжения
            Как выбрать насос для скважины?
            Настройка реле давления
            Реле давления электрическая схема
            Принцип работы гидроаккумулятора
            Уклон канализации на 1 метр СНИП
    Схемы отопления
            Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления
            Гидравлический расчет двухтрубной попутной системы отопления Петля Тихельмана
            Гидравлический расчет однотрубной системы отопления
            Гидравлический расчет лучевой разводки системы отопления
            Схема с тепловым насосом и твердотопливным котлом – логика работы
            Трехходовой клапан от valtec + термоголовка с выносным датчиком
            Почему плохо греет радиатор отопления в многоквартирном доме
            Как подключить бойлер к котлу? Варианты и схемы подключения
            Рециркуляция ГВС. Принцип работы и расчет
            Вы не правильно делаете расчет гидрострелки и коллекторов
            Ручной гидравлический расчет отопления
            Расчет теплого водяного пола и смесительных узлов
            Трехходовой клапан с сервоприводом для ГВС
            Расчеты ГВС, БКН. Находим объем, мощность змейки, время прогрева и т.п.
    Конструктор водоснабжения и отопления
            Уравнение Бернулли
            Расчет водоснабжения многоквартирных домов
    Автоматика
            Как работают сервоприводы и трехходовые клапаны
            Трехходовой клапан для перенаправления движения теплоносителя
    Отопление
            Расчет тепловой мощности радиаторов отопления
            Секция радиатора
            Зарастание и отложения в трубах ухудшают работу системы водоснабжения и отопления
            Новые насосы работают по-другому…
    Регуляторы тепла
            Комнатный термостат – принцип работы
    Смесительный узел
            Что такое смесительный узел?
            Виды смесительных узлов для отопления
    Характеристики и параметры систем
            Местные гидравлические сопротивления. Что такое КМС?
            Пропускная способность Kvs. Что это такое?
            Кипение воды под давлением – что будет?
            Что такое гистерезис в температурах и давлениях?
            Что такое инфильтрация?
            Что такое DN, Ду и PN ? Эти параметры нужно знать сантехникам и инженерам обязательно!
            Гидравлические смыслы, понятия и расчет цепей систем отопления
            Коэффициент затекания в однотрубной системе отопления
    Видео
            Отопление
                    Автоматическое управление температурой
                    Простая подпитка системы отопления
                    Теплотехника. Ограждающие конструкции.
            Теплый водяной пол
                    Насосно смесительный узел Combimix
                    Почему нужно выбрать напольное отопление?
                    Водяной теплый пол VALTEC. Видеосеминар
                    Труба для теплого пола – что выбрать?
                    Теплый водяной пол – теория, достоинства и недостатки
                    Укладка теплого водяного пола – теория и правила
                    Теплые полы в деревянном доме. Сухой теплый пол.
                    Пирог теплого водяного пола – теория и расчет
            Новость сантехникам и инженерам
            Сантехники Вы все еще занимаетесь халтурой?
            Первые итоги разработки новой программы с реалистичной трехмерной графикой
            Программа теплового расчета. Второй итог разработки
            Teplo-Raschet 3D Программа по тепловому расчету дома через ограждающие конструкции
            Итоги разработки новой программы по гидравлическому расчету
    Нормативные документы
            Нормативные требования при проектировании котельных
            Сокращенные обозначения
    Термины и определения
            Цоколь, подвал, этаж
            Котельные
    Документальное водоснабжение
            Источники водоснабжения
            Физические свойства природной воды
            Химический состав природной воды
            Бактериальное загрязнение воды
            Требования, предъявляемые к качеству воды
    Сборник вопросов
            Можно ли разместить газовую котельную в подвале жилого дома?
            Можно ли пристроить котельную к жилому дому?
            Можно ли разместить газовую котельную на крыше жилого дома?
            Как подразделяются котельные по месту их размещения?
    Личные опыты гидравлики и теплотехники
            Вступление и знакомство. Часть 1
            Гидравлическое сопротивление термостатического клапана
            Гидравлическое сопротивление колбы – фильтра
    Видеокурс
            Скачать курс Инженерно-Технические расчеты бесплатно!
    Программы для расчетов
            Technotronic8 – Программа по гидравлическим и тепловым расчетам
            Auto-Snab 3D – Гидравлический расчет в трехмерном пространстве
    Полезные материалы
    Полезная литература
            Гидростатика и гидродинамика
    Задачи по гидравлическому расчету
            Потеря напора по прямому участку трубы
            Как потери напора влияют на расход?
    Разное
            Водоснабжение частного дома своими руками
            Автономное водоснабжение
            Схема автономного водоснабжения
            Схема автоматического водоснабжения
            Схема водоснабжения частного дома
    Политика конфиденциальности