Системы вентиляции и кондиционирования
Назад

Гидравлический расчет системы отопления частного дома: пример, расчет объема теплоносителя

Опубликовано: 21.04.2020
Время на чтение: 40 мин
0
9

Данные для расчётов

Изначально правильно спланированный ход проектных и монтажных работ избавит от неожиданностей и неприятных проблем в дальнейшем.

При расчете теплого пола необходимо исходить из следующих данных:

  • материала стен и особенностей их конструкции;
  • размеров помещения в плане;
  • вида финишного покрытия;
  • конструкции дверей, окон и их размещения;
  • расположения элементов конструкции в плане.

Для выполнения грамотного проектирования требуется обязательный учет установленного температурного режима и возможности его регулировки.

Для проведения грубого расчета принимается, что 1 м2 отопительной системы должен возмещать потери тепла в 1 кВт. Если водяной обогревательный контур используется как дополнения к основной системе, то он обязан покрывать только часть теплопотерь

Существуют рекомендации по поводу температуры у пола, обеспечивающей комфортное пребывание в помещениях разного предназначения:

  • 29°С — жилая зона;
  • 33°С— ванна, помещения с бассейном и другие с высоким показателем влажности;
  • 35°С — пояса холода (у входных дверей, наружных стен и т.п.).

Превышение этих значений влечет за собой перегрев как самой системы, так и финишного покрытия с последующей неизбежной порчей материала.

Проведя предварительные расчеты, можно выбрать оптимальную по личным ощущениям температуру теплоносителя, определить нагрузку на обогревательный контур и приобрести насосное оборудование, безукоризненно справляющееся со стимулированием движения теплоносителя. Его подбирают с запасом по расходу теплоносителя в 20%.

Много времени уходит на прогрев стяжки мощностью более 7 см. Поэтому при устройстве водяных систем стараются не превышать указанный предел.  Наиболее подходящим покрытием по водяным полам считается напольная керамика, под паркет из-за его сверхнизкой теплопроводности теплые полы не укладывают

На стадии проектирования следует решить, будет ли теплый пол основным поставщиком тепла или станет использоваться лишь как дополнение к радиаторной отопительной ветке. От этого зависит доля потерь тепловой энергии, которые ему предстоит возмещать. Она может составить от 30% до 60% с вариациями.

Время нагрева водяного пола находится в зависимости от толщины элементов входящих в стяжку. Вода как теплоноситель очень эффективна, но сама система отличается сложностью в монтаже.

Гидравлический расчет системы отопления частного дома: пример, расчет объема теплоносителя

Галерея изображенийДля выполнения расчетов водяной системы теплый пол первым делом производят расчеты теплопотерь, которые должен компенсировать контур. Если это дополнительная система, то учитывают часть потерь теплаРасчеты производятся только для той части пола, на которой будет располагаться греющий змеевик.

Те участки, где трубы не прокладываются, к примеру, под мебелью, в вычислениях не используютсяДля производства расчетов нужны средние значения температуры на выходе теплоносителя из коллекторного устройства и на входе в него обраткиДля получения точного результата нужно знать теплопроводность планируемых к установке труб и приблизительная длина греющего контураВодяной теплый пол в деревянном домеВариант раскладки водяного контураКоллектор и трубопровод греющей системыКонтур теплого пола из медных труб

Расчёты и проектирование базируются на нескольких характеристиках помещения, а также выборе варианта отопления — основное или дополнительное. Немаловажными показателями являются тип, конфигурация и площадь помещения, в котором запланирован монтаж такого вида отопительной системы. К оптимальному варианту относится использование поэтажного плана с указанием всех необходимых для расчётов параметров и размеров. Допускается самостоятельное выполнение максимально точных замеров.

График расчета теплого пола

Чтобы определиться с величиной теплопотерь, потребуется наличие следующих данных:

  • тип материалов, использованных в процессе строительства;
  • вариант остекления, включая тип профиля и стеклопакета;
  • температурные показатели в регионе проживания;
  • использование дополнительных источников обогрева;
  • точные размеры площади помещения;
  • предполагаемый температурный режим в помещении;
  • высота этажа.

Кроме того, учитывается толщина и изоляция пола, а также вид предполагаемого к использованию напольного покрытия, что оказывает непосредственное влияние на эффективность всей отопительной системы.

При выполнении расчётов следует принимать во внимание желаемую для обустраиваемого помещения температуру.

Расход трубы теплого пола в зависимости от шага петли

Шаг, мм Расход трубы на 1 м2, м п.
100 10
150 6,7
200 5
250 4
300 3,4

Потери напора и давления

Трубопровод для системы индивидуального отопления является средой для транспортировки тепловой энергии (в частности, нагретой воды). На отечественном рынке трубы для монтажа систем представлены в трёх основных видах:

  • металлические
  • медные
  • пластиковые

Металлические трубы имеют ряд значительных недостатков. Кроме того, что они обладают большим весом и требуют специального оборудования для монтажа, а также наличие опыта, они ещё подвержены коррозии и могут накапливать статическое электричество. Хороший вариант — медные трубы, они способны выдерживать температуру до 200 градусов и давление около 200 атмосфер.

  • они имеют алюминиевую основу, которая с двух сторон покрыта пластмассой, благодаря чему они обладают огромной прочностью;
  • они абсолютно не пропускают кислород, что позволяет свести к нулю процесс образования коррозии на внутренних стенках;
  • благодаря алюминиевому армированию у них очень низкий коэффициент линейного расширения;
  • пластиковые трубы антистатичны;
  • обладают малым гидравлическим сопротивлением;
  • не требуется специальных навыков для монтажа.

G = 860q/ ∆t, где:

  • G – расход теплоносителя, кг/ч;
  • q – тепловая мощность радиатора на участке, кВт;
  • Δt– разница температур в подающем и обратном трубопроводе, обычно берут 20 ºС.

860 х 2 / 20 = 86 кг/ч.

Гидравлический расчет системы отопления частного дома: пример, расчет объема теплоносителя

GV = G /3600ρ, где:

  • GV – объемный расход воды, л/сек;
  • ρ– плотность воды, при температуре 60 ºС равна 0.983 кг / литр.

Чтобы выполнить теплорасчет, нужны исходные параметры.

Зависят они от ряда характеристик:

  1. Назначения постройки и ее типа.
  2. Ориентировки вертикальных ограждающих конструкций относительно направленности к сторонам света.
  3. Географических параметров будущего дома.
  4. Объема здания, его этажности, площади.
  5. Типов и размерных данных дверных, оконных проемов.
  6. Вида отопления и его технических параметров.
  7. Количества постоянных жильцов.
  8. Материала вертикальных и горизонтальных оградительных конструкций.
  9. Перекрытия верхнего этажа.
  10. Оснащения горячим водоснабжением.
  11. Вида вентиляции.

Учитываются при расчете и другие конструктивные особенности строения. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций не должна способствовать чрезмерному охлаждению внутри дома и снижать теплозащитные характеристики элементов.

Потери тепла вызывает и переувлажнение стен, а кроме того, это влечет за собой сырость, отрицательно влияющую на долговечность здания.

В процессе расчета, прежде всего, определяют теплотехнические данные стройматериалов, из которых изготавливаются ограждающие элементы строения. Помимо этого, определению подлежит приведенное сопротивление теплопередачи и сообразность его нормативному значению.

Температура внутри помещений зависит от следующих факторов:

  • температуры воздуха вне здания;
  • толщины стен дома и качества его отдельных элементов;
  • теплоемкости материалов, из которых построен дом.

Рассчитывая потребность вашего дома в тепле, нужно учитывать все факторы, в том числе и потери тепла через окна и двери, стены и пол с потолком. Специальные нормы, необходимые в процессе расчетов, должны применяться с учетом климатических условий местности, в которой расположен жилой объект, и степени существующей теплоизоляции.

Расчет мощности

Общий смысл расчета заключается в том, чтобы вычислить совокупные теплопотери, соответствующие минимальной температуре воздуха в вашем регионе, чтобы приобрести оборудование, способное с избытком эти потери компенсировать

Наибольшие потери тепла происходят через наружные стены дома. С увеличением разницы температуры внутри дома и вне здания растут и теплопотери.

Гидравлический расчет системы отопления частного дома: пример, расчет объема теплоносителя

Если учитывать материал, из которого возводились наружные стены, и толщину этих стен, то для внешней температуры воздуха в – 30°С, теплопотери будут различными и составят:

  • кирпичные с внутренней штукатуркой – 89 Вт/м² (в 2,5 кирпича), 104 Вт/м² (в 2 кирпича);
  • рубленные с внутренней обшивкой (250 мм) – 70 Вт/м²;
  • из бруса с внутренней обшивкой – 89 Вт/м² (180 мм), 101 Вт/м² (100 мм);
  • каркасные с керамзитом внутри (200 мм) – 71 Вт/м²;
  • пенобетонные с внутренней штукатуркой (200 мм) – 105 Вт/м².

Впрочем, теплопотери происходят не только через наружные стены, но и через другие ограждающие конструкции.

При тех же – 30°С они составят для:

  • деревянных перекрытий чердака – 35 Вт/м²;
  • деревянных перекрытий подвала – 26 Вт/м²;
  • двойных деревянных дверей без утепления – 234 Вт/м²;
  • окон с двойной рамой из дерева – 135 Вт/м².

Чтобы рассчитать общие теплопотери здания, нужно рассчитать площадь всех ограждающих конструкций в квадратных метрах, умножить на норматив теплопотери по видам конструкций с учетом материалов, из которых они изготовлены, и суммировать полученные результаты.

Расчет следует делать, исходя из минимальной сезонной температуры конкретной местности. Потери тепла через стены рассчитываются по отдельности, т.к. необходимо учитывать площадь остекления и дверных проемов.

Потери через перекрытия без люков на чердак или в подполье вычисляют для всей площади как для единых конструктивных элементов.

Котел отопления выбирают с учетом того, что его мощности должно хватить для компенсации теплопотерь с 20-30 процентным запасом.

Гидравлический расчет системы отопления частного дома: пример, расчет объема теплоносителя

Порядок расчета тепловой мощности оборудования, которое будет использоваться для монтажа системы отопления, приведен в видео ролике в заключительной части статьи.

На нашем сайте есть блок статей, посвященных расчету водяного отопления, советуем ознакомиться:

  1. Гидравлический расчет системы отопления на конкретном примере
  2. Расчет водяного отопления: формулы, правила, примеры выполнения
  3. Тепловой расчёт системы отопления: как грамотно сделать расчет нагрузки на систему

«Теплый пол» может как успешно дополнить радиаторное водяное отопление, так и стать единственным источником обогрева помещений, если речь идёт о малоэтажном доме. Огромным преимуществом «Теплого дома» является то, что эта система обеспечивает условия, полностью отвечающие санитарно-гигиеническим нормам помещения.

По высоте помещения воздух прогрет неравномерно: в верхней части комнат он холоднее, а в нижней – теплее.

Теплый пол

Теплый пол – замечательное изобретение, позволяющее прогреть помещение по высоте в полном соответствии с предъявляемыми к нему санитарно-гигиеническими нормами ( )

Температура системы составляет всего 55°С, что отвечает номам проектирования. Осуществление монтажа теплого пола проводят по всей площади каждого из помещений. Это довольно сложная работа, которая может быть качественно выполнена только на стадии строительства дома. Эксплуатация системы тоже вызывает ряд сложностей.

Целью расчета является получение величины тепловой нагрузки. Результат этого расчета влияет на последующие предпринимаемые шаги. В свою очередь, на тепловую нагрузку влияет среднее значение зимней температуры в конкретном регионе, предполагаемая температура внутри комнат, коэффициент теплопередачи потолка, стен, окон и дверей.

Предлагаем ознакомиться  Какая влажность воздуха должна быть в детской комнате при кашле

Причиной потери тепла служат плохо утепленные стены, окна, двери дома. Самый большой процент тепла уходит через систему вентиляции и крышу ( )

Итоговый результат расчетов перед устройством теплого пола водяного типа будет зависеть и от наличия дополнительных нагревательных приборов, включая тепловыделение проживающих в доме людей и домашних питомцев. Обязательно учитывают в расчете наличие инфильтрации.

kotelnya.jpg

Одним из важных параметров является конфигурация комнат, поэтому потребуется поэтажный план дома и соответствующие разрезы.

Определив этот параметр, вы узнаете, сколько тепла должен вырабатывать пол для комфортного самочувствия людей, находящихся в комнате, сможете подобрать котел, насос и пол по мощности. Другими словами: теплота, отдаваемая отопительными контурами, должна компенсировать теплопотери строения.

Mп = 1,2 х Q, где

  • Mп — требуемая мощность контуров;
  • Q — потери тепла.

Для определения второго показателя оформляют замеры и вычисления площади окон, дверей, перекрытий, наружных стен. Так как пол будет обогреваться, площадь этой ограждающей конструкции не учитывается. Замеры делают по внешней стороне с захватом углов здания.

В расчете будет учитываться и толщина, и коэффициент теплопроводности каждой из конструкций. Нормативные значения коэффициента теплопроводности (λ) для наиболее часто используемых материалов можно взять из таблицы.

Из таблицы можно взять значение коэффициента для расчета. Важно узнать у фирмы-поставщика значение термического сопротивления материала в случае, если устанавливают окна из металлопластика ( )

Q = 1/R*(tв-tн)*S х (1 ∑b), где

  • R – термическое сопротивление материала, из которого изготовлена ограждающая конструкция;
  • S – площадь конструктивного элемента;
  • tв и tн — температура внутренняя и наружная соответственно, при этом второй показатель берут по наиболее низкому значению;
  • b — дополнительные потери тепла, связанные с ориентацией здания относительно сторон света.

Показатель термического сопротивления (R) находят, разделив толщину конструкции на коэффициент теплопроводности материала, из которого она изготовлена.

Гидравлический расчет системы отопления частного дома: пример, расчет объема теплоносителя

Значение коэффициента b зависит от ориентации дома:

  • 0,1 – север, северо-запад или северо-восток;
  • 0,05 – запад, юго-восток;

Если рассмотреть вопрос на любом примере расчета водяного теплого пола, он становится более понятным.

Допустим, стены дома для непостоянного проживания, толщиной 20 см, выполнены из газобетонных блоков. Суммарная площадь ограждающих стен с вычетом оконных и дверных проемов 60 м². Наружная температура -25°С,  внутренняя 20°С, конструкция ориентирована на юго-восток.

Расчет водяных греющих контуров

В зависимости от расположения места выработки тепла, водные отопительные системы подразделяются на централизованные и местные. В централизованном порядке теплом снабжают, например, многоквартирные дома, всевозможные учреждения, предприятия и другие объекты.

В этом случае тепло вырабатывается в ТЭЦ (теплоэлектроцентралях) или котельных, а затем доставляется потребителям с помощью трубопроводов.

Местные (автономные) системы обеспечивают теплом, например, частные дома. Вырабатывается оно непосредственно на самих объектах теплоснабжения. Для этой цели используются печи или специальные агрегаты, работающие на электроэнергии, природном газе, жидких или твердых горючих материалах.

В зависимости от способа, которым обеспечивается перемещение водных масс, отопление может быть с принудительным (насосным) или естественным (гравитационным) движением теплоносителя. Системы с принудительной циркуляцией могут быть с кольцевыми схемами и со схемами первично-вторичных колец.

Схема системы водяного отопления

Разные системы водяного отопления отличаются друг от друга типом разводки и способом присоединения приборов. Объединяет их вид теплоносителя, передающего тепло отопительным приборам ( )

В соответствии с направлением перемещения воды в магистралях подающего и обратного типа, теплоснабжение может быть с попутным и тупиковым движением теплоносителя. В первом случае вода перемещается в магистралях в одном направлении, а во втором – в разных.

Классификация систем водяного отопления по типу движения

По направлению движения теплоносителя системы делятся на тупиковые и встречные. В первых поток нагретой воды направлен в сторону, обратную направлению остывшей. В попутных схемах движение нагретого и остывшего теплоносителя происходит в одном направлении ( )

Трубы отопления могут соединяться с отопительными приборами в разные схемы. Если отопительные приборы соединены последовательно, такая схема называется однотрубной, если параллельно – двухтрубной.

Есть ещё и бифилярная схема, при которой сначала последовательно соединяются все первые половины приборов, а потом, для обеспечения обратного оттока воды, их вторые половины.

Расположение труб, соединяющих отопительные приборы, дало наименование разводке: различают её горизонтальную и вертикальную разновидность. По методу сборки выделяют коллекторные, тройниковые и смешанные трубопроводы.

Схемы систем с верхней и нижней разводкой

Схемы систем отопления с верхней и нижней разводкой отличаются расположением подающей магистрали. В первом случае труба подачи прокладывается над приборами, принимающими от нее нагретый теплоноситель, во втором случае труба прокладывается ниже батарей ( )

В тех жилых зданиях, где нет подвалов, но зато имеется чердак, используются отопительные системы с верхней разводкой. В них подающая магистраль расположена выше отопительные приборов.

Гидравлический расчет системы отопления частного дома: пример, расчет объема теплоносителя

Для строений с техническим подвалом и плоской крышей применяют отопление с нижней разводкой, при которой магистрали подачи и отвода воды находятся ниже приборов отопления.

Есть ещё и разводка с «опрокинутой» циркуляцией теплоносителя. В этом случае ниже приборов располагается обратная магистраль теплоснабжения.

Схема стояков систем водяного отопления

По способу присоединения подающей магистрали к приборам отопления системы с верхней разводкой делятся на схемы с двухсторонним, односторонним и опрокинутым движением теплоносителя

При всех внешних отличиях и различных схемах подключения, основной принцип работы систем водяного отопления одинаков. Нагретый в котле теплоноситель транспортируется по трубопроводу в отопительные приборы.

Остывая, вода передаёт окружающей среде тепло, после чего возвращается в то место, где она будет нагреваться. Этот цикл повторяется снова и снова.

В частных домах используют следующие виды отопительных систем:

  • с естественной циркуляцией;
  • с принудительной циркуляцией.

Естественная циркуляция. Ее работоспособность основана на разности плотности горячей и холодной. Верхние позиции такой системы занимает теплая вода, а нижние – холодная. Остывая, теплая вода перемещается вниз, а нагреваясь – вверх.

Вторым фактором, который обеспечивает естественную циркуляцию водных масс, является наклон, под которым осуществляется монтаж труб.

Естественная система отопления

Так графическим путем представлены источники возникновения циркуляционного напора. Во-первых, его появление обусловлено разными температурами воды, а, во-вторых, наклонным положением труб ( )

Пример однотрубной системы отопления

Преимуществом схемы с естественной циркуляцией является её полная независимость от энергоснабжения.

Недостатков же у неё гораздо больше:

  • небольшой радиус действия, не превышающий 30 м в горизонтальном измерении;
  • длительность разогрева – продолжительный период достижения рабочих температур во всех точках системы при запуске после длительного перерыва;
  • риск остановки работы из-за образования льда в открытом расширительном бачке.

Диаметр трубопровода должен быть достаточно велик по  причине низкого циркуляционного давления в контуре. Этот фактор влияет также на выбор батарей, потому что современные радиаторы обладают слишком узким сечением, которое создаёт дополнительное сопротивление, противодействующее циркуляции «самотёком».

Для того чтобы дополнительно стимулировать движение теплоносителя трубопровод сооружают с уклоном так, чтобы на 1 погонный метр приходилось в среднем 3 мм. Правильный монтаж труб под нужным углом – задача непростая, но без её решения система будет функционировать значительно медленней и эффективней.

Схемы водяных систем отопления с естественной циркуляцией

Из-за того что теплоноситель последовательно перемещается по приборам в ближние к магистрали подачи батареи он поступает с более высокой температурой ( )

К дальним радиаторам гравитационных систем теплоноситель подтекает уже существенно остывшим. Чтобы сохранить температуру нагрева, следует использовать чугунные радиаторы. Чтобы сбалансировать разницу температур, у дальних батарей должно быть больше секций, чем у ближайших к котлу.

Принудительную циркуляцию обеспечивает насос. В схеме может присутствовать как один, так и несколько насосов. Использование нескольких насосов предпочтительнее: аварийное отключение одного из них не выведет из строя всё отопление.

Теплоноситель циклично перемещается по замкнутому контуру, в который включен расширительный бачок, что исключает испарение воды.

Схема принудительной системы водяного отопления

Отличительной особенностью водяной системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя является присутствие в схеме насоса, который и способствует перемещению воды

Установка радиатора отопления

Преимущества системы с принудительной циркуляцией:

  • для монтажа отопления понадобится больше труб, но меньшего диаметра;
  • можно использовать радиаторы разных видов и теплопроводы с малыми диаметрами;
  • температуру отопительных приборов легче регулировать;
  • существенно расширен радиус действия благодаря искусственной стимуляции движения теплоносителя;
  • возможность использования нагревательных агрегатов с повышенными характеристиками теплоносителя.

Минус принудительных систем заключается в зависимости от энергоснабжения. Для того чтобы избежать казусов с полным бездействием отопления, рекомендовано запастись дизельным или бензиновым генератором.

Кроме того к недостаткам можно отнести:

  • необходимость точного расчета диаметра трубопровода, т.к. слишком узкие каналы резко повысят гидравлическое сопротивление, а при циркуляции по излишне широким трубам теплоноситель будет “шуметь”;
  • немалая стоимость сооружения из за практически двойной протяженности трубопровода, включения в схему одного или двух циркуляционных насосов, при необходимости повысительного насоса;
  • обязательное применение недешевых регуляторов потока теплоносителя, его температуры и давления в системе.

Правильный выбор вида циркуляции зависит от индивидуальных особенностей и месте расположения строения, в котором будет монтироваться водяное отопление. Однако к схемам с естественным движением в последнее время стали все реже прибегать, используя их преимущественно в постройках для временного проживания.

Чаще всего частные дома оборудуют системами с искусственным принуждением движения теплоносителя из-за существенно бóльших возможностей.

Комбинированная система может функционировать как в естественном, так и в принудительном режиме. Это значит, что при её монтаже необходимо, как и в случае с использованием естественной циркуляции, предусмотреть уклон труб на 3-5 мм на погонный метр, а также установку насоса, как для принудительной циркуляции.

Обычно в такой схеме отопления присутствует твердотопливный котел.

Комбинированная система отопления

В схему входят: 1- электрический котел, 2- твердотопливный котел, 3- насос. Эта схема комбинированной системы отопления, в которой помимо насоса присутствует наклонная система трубопроводов, а электрокотел дублируется твердотопливным, чтобы система могла работать и без электричества ( )

Смысл применения комбинированной системы заключается в том, что она будет продолжать свою работу даже в случае отключения электроэнергии. А ведь внезапное прекращение работы отопления в зимний период грозит не только понижением температуры в помещении.

Элементы системы отопления могут просто выйти их строя, поскольку вода, расширяясь при замерзании, нарушит их герметичность.

Предлагаем ознакомиться  Как спустить воздух из батареи: удаление воздушной пробки с системы отопления, как стравить, выпустить воздух, как избавиться от воздуха в радиаторе

Рассмотрим две основных схемы монтажа отопительных систем.

Конструкция трубопровода в однотрубном варианте характеризуется прямой последовательностью подведения теплоносителя к радиаторам. Теплоноситель заполняет и прогревает сначала первую батарею, затем следующую и так далее.

От одной трубы к каждому радиатору подводится два патрубка: первый нужен для подачи теплоносителя, а второй – для отведения частично остывшей воды.

Однотрубная система отопления

Однотрубная система отопления характеризуется последовательным подключением всех радиаторов, при котором теплоноситель, пройдя первый отопительный прибор, поступает в последующий

Особенность такой схемы состоит в относительно низком нагреве последней батареи по сравнению с первой, поскольку до неё вода «добирается», уже отдав часть своего тепла.

Ещё одним минусом однотрубного варианта отопления считается то, что прекратить подачу теплоносителя к одному конкретному радиатору, на случай него поломки, невозможно. Придется отключать всю систему.

Двухтрубная тупиковая система отопления

В двухтрубной схеме отопления, как уже понятно из названия, участвует не одна, а две трубы. При этом каждая из батарей одним патрубком присоединяется в магистрали, по которой подаётся теплоноситель, а вторым – к трубопроводу с обраткой. Получается, что для горячего и остывшего теплоносителя предусматриваются отдельные трубы.

Двухтрубная система отопления

В этой системе участвуют две трубы: по одной идёт горячая вода, поступающая в радиаторы через патрубки, а по второй из батарей вытекает остывший теплоноситель ( )

По существу любой гидравлический расчет систем водяного отопления считается непростой инженерной задачей. Для ее решения были разработаны ряд программных комплексов, которые облегчают выполнение такой процедуры.

Расчет циркуляционного насоса

P = Rl Z, где:

  • Р – потери давления в сети трубопроводов, Па;
  • R – удельное сопротивление трению, Па/м;
  • l – длина трубы на одном участке, м;
  • Z – потеря давления в местных сопротивлениях, Па.

Rl = 26.6 / 1000 х 5 = 0.13 Бар.

Так же производим просчет всех участков попутной системы отопления, а потом результаты суммируем. Остается узнать значение Z, перепад давления в местных сопротивлениях. Для котла и радиаторов эти цифры указаны в паспорте на изделие. На все прочие сопротивления мы советуем взять 20% от общих потерь на трение Rl и все эти показатели просуммировать. Полученное значение умножаем на коэффициент запаса 1.3, это и будет необходимый напор насоса.

Следует знать, что производительность насоса – это не емкость системы отопления, а общий расход воды по всем ветвям и стоякам. Пример его расчета представлен в предыдущем разделе, только для подбора перекачивающего агрегата нужно тоже предусмотреть запас не менее 20%.

Чтобы система получилась экономичной, нужно подобрать циркуляционный насос, обеспечивающий нужный напор и оптимальный расход воды в контурах. В паспортах насосов обычно указывают напор в контуре самой большой длины и суммарный расход теплоносителя во всех петлях.

∆ h = L*Q²/k1, где

  • L — длина контура;
  • Q — расход воды л/сек;
  • k1 — коэффициент, характеризующий потери в системе, показатель можно взять из справочных таблиц по гидравлике или из паспорта на оборудование.

Q = k*√H, где

k — это коэффициент расхода. Профессионалы принимают расход на каждые 10 м² дома в пределах 0,3-0,4 л/с.

Среди составляющих теплого водяного пола особая роль отводится циркуляционному насосу. Только агрегат, мощность которого на 20 % превышает фактический расход теплоносителя, сможет преодолеть сопротивление в трубах

Цифры, касающиеся величины напора и расхода, указанные в паспорте, нельзя воспринимать буквально — это максимум, а фактически на них оказывает влияние протяженность, геометрия сети. При слишком большом напоре уменьшают длину контура или увеличивают диаметр труб.

Выбор труб

В справочниках можно найти сведения о том, что минимальная толщина стяжки составляет 30 мм. Когда помещение довольно высокое, под стяжку подкладывают утеплитель, повышающий эффективность использования тепла, отдаваемого отопительным контуром.

Самым популярным материалом для подложки является экструдированный пенополистирол. У него сопротивление теплопередачи значительно ниже, чем у бетона.

При устройстве стяжки, чтобы уравновесить линейные расширения бетона, периметр помещения оформляют демпферной лентой. Важно правильно выбрать ее толщину. Специалисты советуют при площади помещения, не превышающей 100 м², устраивать 5 мм компенсирующий слой.

b = 0,55*L, где

L – это длина комнаты в м.

Чтобы получить максимально точные расчёты, целесообразно обратиться за консультацией профессионалов, специализирующихся на выполнении монтажа внутренних инженерных коммуникаций.

Допускается использование онлайн-калькулятора, который облегчит расчёты, но даст весьма приблизительные вычисления, представляющие общую информацию о масштабах предстоящих монтажных работ.

Пример расчета водяного теплого пола

Для обогрева старых и ветхих сооружений, не обладающих качественным утеплением, нецелесообразно использовать систему тёплых водяных полов в качестве единственного отопительного элемента, что обусловлено низкой степенью эффективности и высоким уровнем энергозатрат.

Уровень технической грамотности всех выполненных расчётов оказывает непосредственное влияние на качественные характеристики монтируемой отопительной системы. Правильные расчёты позволяют оптимизировать финансовые затраты не только на процесс установки водяного обогрева полов, но и минимизировать расходы во время эксплуатации и обслуживания всей отопительной системы.

Гидравлический расчет системы отопления – пример расчета

1. Двухтрубная тупиковая система — наиболее распространённый вариант устройства, неплохо подходящий для организации как центральных, так и индивидуальных контуров обогрева.

Двухтрубная тупиковая система отопления

2. Однотрубная система или «Ленинградка» считается лучшим способом устройства гражданских отопительных комплексов тепловой мощностью до 30–35 кВт.

Однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией: 1 — котёл отопления; 2 — группа безопасности; 3 — радиаторы отопления; 4 — кран Маевского; 5 — расширительный бак; 6 — циркуляционный насос; 7 — слив

3. Двухтрубная система попутного типа — наиболее материалоёмкий вид развязки отопительных контуров, отличающийся при этом наивысшей из известных стабильностью работы и качеством распределения теплоносителя.

Двухтрубная попутная система отопления (петля Тихельмана)

4. Лучевая разводка во многом схожа с двухтрубной попуткой, но при этом все органы управления системой вынесены в одну точку — на коллекторный узел.

Однотрубная система отопления «Ленинградка»

Лучевая схема отопления: 1 — котёл; 2 — расширительный бак; 3 — коллектор подачи; 4 — радиаторы отопления; 5 — коллектор обратки; 6 — циркуляционный насос

Прежде чем приступить к прикладной стороне расчётов, нужно сделать пару важных предупреждений. В первую очередь нужно усвоить, что ключ к качественному расчёту лежит в понимании принципов работы жидкостных систем на интуитивном уровне. Без этого рассмотрение каждой отдельно взятой развязки превращается в переплетение сложных математических выкладок.

  • Пырков В. В. «Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика» 2-е издание, 2010 г.
  • Р. Яушовец «Гидравлика — сердце водяного отопления».
  • Пособие «Гидравлика котельных» от компании De Dietrich.
  • А. Савельев «Отопление дома. Расчёт и монтаж систем».

Важнейшей финальной целью гидравлического расчёта системы отопления является вычисление таких значений пропускной способности, при которых в каждую часть каждого контура отопления поступает строго дозированное количество теплоносителя с определённой температурой, чем обеспечивается нормированное выделение тепла на нагревательных приборах.

Эта задача лишь на первый взгляд кажется сложной. В действительности балансировка выполняется за счёт регулировочных клапанов, ограничивающих проток. Для каждой модели клапана указывается как коэффициент Kvs для полностью открытого состояния, так и график изменения коэффициента Kv для разной степени открытия регулировочного штока.

Есть, однако, небольшой нюанс: при изменении пропускной способности в одной точке системы меняется не только фактический расход на рассматриваемом участке. Из-за снижения или увеличения протока в некой степени меняется баланс во всех остальных контурах. Если взять для примера два радиатора с разной тепловой мощностью, соединённых параллельно при встречном движении теплоносителя, то при увеличении пропускной способности прибора, стоящего в цепи первым, второй получит меньше теплоносителя из-за увеличения разницы в гидродинамическом сопротивлении.

1. Двухтрубная тупиковая система — наиболее распространённый вариант устройства, неплохо подходящий для организации как центральных, так и индивидуальных контуров обогрева.

2. Однотрубная система или «Ленинградка» считается лучшим способом устройства гражданских отопительных комплексов тепловой мощностью до 30–35 кВт.

3. Двухтрубная система попутного типа — наиболее материалоёмкий вид развязки отопительных контуров, отличающийся при этом наивысшей из известных стабильностью работы и качеством распределения теплоносителя.

4. Лучевая разводка во многом схожа с двухтрубной попуткой, но при этом все органы управления системой вынесены в одну точку — на коллекторный узел.

Исходные данные для расчета:

  • расчетная тепловая нагрузка системы – Qзд. = 133 кВт;
  • параметры системы – tг = 750С, tо = 600С;
  • расход теплоносителя (расчетный) – Vсо = 7,6 м3/ч;
  • присоединение отопительной системы к котлам производится через гидравлический разделитель горизонтального типа;
  • автоматика каждого из котлов в течение всего года поддерживает постоянную температуру теплоносителя на выходе – tг = 800С;
  • автоматический регулятор перепада давления устанавливается на вводе каждого распределителя;
  • система отопления от распределителей смонтирована из металлопластиковых труб, а теплоснабжение распределителей производится посредством стальных труб (водогазопроводных).

Диаметры участков трубопроводов подобраны с использованием номограммы для заданной скорости теплоносителя 0,4-0,5 м/с.

На участке 1 установлен клапан dу 65. Его сопротивление согласно информации производителя составляет 800 Па.

0,1 х (G/kv) х 2 = 0,1 х (7581/55) х 2 = 1900 Па.

Сопротивление трехходового клапана dу = 40 мм и kv = 25 м3/ч составит 9200 Па.

Аналогичным образом производится расчет остальных частей системы теплоснабжения распределителей. При расчете системы отопления от распределителя выбирается основное циркуляционное кольцо через наиболее нагруженное отопительное устройство. Гидравлический расчет производится с использованием 1-го направления.

Следует отметить, что полномасштабный расчёт даже самых простых решений сопровождается массой вычисляемых параметров. Конечно же, вычислять всё без исключения справедливо при условии организации конструкции отопления, близкой к идеальной структуре. Однако в реальности ничего идеального нет.

Поэтому зачастую полагаются на расчёты как таковые, а также на практические примеры и на результаты работы этих примеров. Особо популярен такой подход для частного домостроения.

Грамотный теплотехнический расчет позволит оценить результативность утепления наружных элементов дома, определить мощность необходимого отопительного оборудования.

Двухтрубная попутная система отопления (петля Тихельмана)

Как результат, можно сэкономить при покупке материалов и нагревательных приборов. Лучше заранее знать, справиться ли техника с нагревом и кондиционированием строения, чем покупать все наугад.

Рассмотрим подробно упрощённый вариант расчёта системы водяного отопления, в котором мы будем использовать стандартные и общедоступные комплектующие. На рисунке схематически представлена индивидуальная система отопления частного дома на основе одноконтурного котла. Прежде всего, нам необходимо определиться с его мощностью, так как он является основой всех вычислений в дальнейшем. Выполним данную процедуру по описанной ниже схеме.

Предлагаем ознакомиться  Балансировочный клапан для отопления виды и цены

Общая площадь помещения: S = 78,5; общий объём: V = 220

У нас имеется одноэтажный дом с тремя комнатами, прихожей, коридором, кухней, ванной и туалетом. Зная площадь каждого отдельного помещения и высоту комнат, необходимо произвести элементарные расчёты для того, чтобы вычислить объём всего дома:

  • комната 1:  10 м2 · 2,8 м = 28 м3
  • комната 2:  10 м2 · 2,8 м = 28 м3
  • комната 3:  20 м2 · 2,8 м = 56 м3
  • прихожая:  8 м2 · 2,8 м = 22,4 м3
  • коридор :    8 м2 · 2,8 м = 22,4 м3
  • кухня:          15,5 м2 · 2,8 м = 43,4 м3
  • ванная:        4 м2 · 2,8 м = 11,2 м3
  • туалет:         3 м2 · 2,8 м = 8,4 м3

Таким образом, мы посчитали объём всех отдельных помещений, благодаря чему теперь можно вычислить общий объём дома, он равен 220 кубическим метрам. Заметьте, мы также посчитали объём коридора, но на самом деле там не указано ни одного отопительного прибора, для чего это нужно? Дело в том, что коридор также будет отапливаться, но пассивным образом, за счёт циркуляции тепла, поэтому нам необходимо внести его в общий список отопления, для того, чтобы расчёт был правильным и дал нужный результат.

Лучевая схема отопления

Полученную цифру необходимо возвести в коэффициент 1,2, что даст нам 20% запаса мощности для того, чтобы котёл постоянно не работал на полную мощность. Таким образом, мы понимаем, что нам необходим котёл, который способен вырабатывать 10,6 кВт (стандартные одноконтурные котлы выпускаются мощностью 12–14 кВт).

Расчет теплопотерь дома

Wкотла = (Sпомещ*Wудел) / 10,

  • Sпомещ – сумма площадей всех комнат, которые требую отопления;
  • Wудел – удельная мощность с учётом климатических условий местоположения (вот для чего нужно было знать климат региона).

Что характерно, для разных климатических зон имеем следующие данные:

  • северные области – 1,5 – 2 кВт/м2;
  • центральная зона – 1 – 1,5 кВт/м2;
  • южные регионы – 0,6 – 1 кВт/м2.

Эти цифры достаточно условны, но тем не менее дают явный численный ответ относительно влияния окружающей среды на систему отопления квартиры.

На данной карте представлены климатические зоны с разными температурными режимами. От расположения жилья относительно зоны и зависит сколько нужно тратить на обогрев метра квадратного кВатт энергии ( )

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.

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

  • 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: (0.86 * 8080* 0.95)/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.

От теплотехнических особенностей капитальных ограждений здания зависит многое. Это и влажность конструктивных элементов, и температурные показатели, которые влияют на наличие или отсутствие конденсата на межкомнатных перегородках и  перекрытиях.

Расчет покажет, будут ли поддерживаться стабильные температурные и влажностные характеристики при плюсовой и минусовой температуре. В перечень этих характеристик входит и такой показатель, как количество тепла, теряющегося ограждающими конструкциями строения в холодный период.

Нельзя начинать проектирование, не имея всех этих данных. Опираясь на них, выбирают толщину стен и перекрытий, последовательность слоев.

Температурные показатели по сведениям ГОСТ

По регламенту ГОСТ 30494-96 температурные значения внутри помещений. В среднем она равна 21⁰. При этом относительная влажность обязана пребывать в комфортных рамках, а это в среднем 37%. Наибольшая скорость перемещения массы воздуха — 0,15 м/с

https://www.youtube.com/watch?v=Bos4S8O9M3E

Теплотехнический расчет ставит перед собой цели определить:

  1. Идентичны ли конструкции заявленным запросам с точки зрения тепловой защиты?
  2. Настолько полно обеспечивается комфортный микроклимат внутри здания?
  3. Обеспечивается ли оптимальная тепловая защита конструкций?

Основной принцип — соблюдение баланса разности температурных показателей атмосферы внутренних конструкций ограждений и помещений. Если его не соблюдать, тепло будут поглощать эти поверхности, а внутри температура останется очень низкой.

На внутреннюю температуру не должны существенно влиять изменения теплового потока. Эту характеристику называют теплоустойчивостью.

Путем выполнения теплового расчета определяют оптимальные пределы (минимальный и максимальный) габаритов стен, перекрытий по толщине. Это является гарантией эксплуатации здания на протяжении длительного периода как без экстремальных промерзаний конструкций, так и перегревов.

Аксонометрическая схема системы отопления

Крепление труб к арматурной сетке

Чтобы правильно рассчитать необходимую для укладки длину труб, следует определиться с видом и особенностями этих элементов:

  • нержавеющий гофрированный тип труб отличается эффективностью и качественной теплоотдачей;
  • медные трубы характеризуются высоким уровнем теплоотдачи и внушительной стоимостью;
  • сшитые полиэтиленовые трубы;
  • металлопластиковый вариант труб с идеальным соотношением качества и стоимости;
  • пенопропиленовые трубы с низкой теплопроводностью и доступной ценой.

Гофрированная труба для теплого пола — один из самых лучших вариантов для водяного подогрева пола

Значительно облегчить расчёты и сделать их максимально точными позволяет использование специальных компьютерных программ. Все расчёты должны выполняться с учётом способа монтажа и расстояния между трубами.

Основными показателями, характеризующими систему, являются:

  • необходимая длина нагревательного контура;
  • равномерность распределения выделяемой тепловой энергии;
  • величина допустимых пределов активной тепловой нагрузки.

Следует учитывать, что при значительной площади отапливаемого помещения допускается увеличивать шаг укладки с одновременным увеличением температурного режима теплоносителя. Возможный диапазон шага при укладке составляет от пяти до шестидесяти сантиметров.

Наиболее распространённые соотношения расстояний и тепловых нагрузок:

  • расстояние в 15 сантиметров соответствует теплоносителю от 800 Вт на 10 м²;
  • расстояние в 20 сантиметров соответствует теплоносителю от 500 до 800 Вт на 10 м²;
  • расстояние в 30 сантиметров соответствует теплоносителю до 500 Вт на 10 м².

Чтобы точно знать, достаточно ли использовать систему как единственный источник обогрева или же «тёплые полы» могут служить исключительно дополнением к основному отоплению, необходимо выполнить черновой, предварительный расчёт.

Схема подключения водяного теплого пола к котлу

Термостатический смесительный клапан

g (Вт/м²) = Q (Вт) / F (м²)

  • g — показатель плотности теплового потока;
  • Q — суммарный показатель теплопотерь в помещении;
  • F — предполагаемая к обустройству площадь пола.

Для вычислений величины Q учитывается площадь всех окон, средняя высота потолков в помещении, теплоизоляционные характеристики полов, стен и кровли. При выполнении напольного отопления в качестве дополнительного, суммарный объём теплопотерь целесообразно определять в форме процентного соотношения.

При расчётах величины F учёту подлежит только участок пола, участвующий в процессе обогрева помещения. На участках расположения предметов интерьера и мебели следует оставлять свободные зоны шириной порядка 50 сантиметров.

ΔТ (°С) = (TR TO) / 2

  • TR — температурный показатель на участке входа в нагревательный контур;
  • ТО — температурный показатель на участке выхода из нагревательного контура.

Рекомендуемые температурные параметры в °С на вход и выход для стандартного теплоносителя составляют: 55—45, 50—40, 45—35, 40—30. Следует учитывать, что температурный показатель на подачу не может быть выше 55 °С, с условием температуры на обратный контур с разницей в 5 °С.

Регулировка проходного сечения клапана

В соответствии с полученными величинами g и ΔТ выполняется подбор диаметра и шага для монтажа труб. Удобно использовать специальную таблицу.

Таблицы расчета теплового потока для теплого пола в зависимости от материала напольного покрытия

На следующем этапе производится расчёт приблизительной длины задействованных в системе труб. С этой целью необходимо разделить показатель площади обогреваемого пола в м² на расстояние между уложенными трубами в метрах. К полученному показателю следует прибавить запас длины на выполнение загибов и подключение к длине прибавляется длина на загибы труб и длина на подключение к системе коллекторов.

При известной длине и диаметре труб легко высчитывается показатель объёма и скорость теплоносителя, оптимальная величина которого составляет 0,15—1 метр в секунду. При более высоких значениях скорости движения следует увеличить показатель диаметра используемых труб.

Правильный выбор насоса, используемого в отопительном контуре, базируется на величине расхода теплоносителя с запасом в двадцать процентов. Такое увеличение показателя соответствует параметрам гидравлического сопротивления в трубной системе. Подбор наноса для циркуляции нескольких отопительных систем заключается в соответствии показателей мощности этого оборудования с общим расходом всех используемых отопительных контуров.

Расчет стоимости теплого пола

Расчет теплопотерь — это важный параметр при проектировке жилого помещения. При этом необходимо учитывать:

  • площадь помещения;
  • площадь всех окон;
  • высоту потолка;
  • количество наружных стен;
  • температура с наружной стороны помещения;
  • тип окон;
  • теплоизоляцию стен;
  • тип помещения, находящегося выше.

Особенности проектирования

Все расчёты водяных тёплых полов должны быть произведены предельно тщательно. Любые недочёты при проектировании могут быть исправлены только в результате полного или частичного демонтажа стяжки, что способно не только повредить внутреннюю отделку в помещении, но и приведёт к значительным затратам времени, сил и средств.

Рекомендуемые температурные показатели поверхности пола в зависимости от вида помещения составляют:

  • жилое помещение — 29 °C;
  • участки около наружных стен — 35 °C;
  • ванные комнаты и зоны с высокой влажностью — 33 °C;
  • под напольное покрытие из паркета — 27 °C.

Короткие трубы предполагают использование более слабого циркуляционного насоса, что делает систему экономически выгодной. Контур с диаметром 1,6 см не должен быть длиннее 100 метров, а для труб с диаметром 2 см максимальная длина составляет 120 метров.

Таблица решений для выбора системы водяного теплого пола

  • резистивные кабели, углеродные стержни и кабельные маты допускается укладывать «сухим» (прямо под покрытие) и «мокрым» способом (под стяжку либо плиточный клей);
  • карбоновые инфракрасные пленки, показанные на фото, лучше использовать в качестве подложки под покрытие без заливки стяжки, хотя некоторые производители допускают укладку под кафельную плитку.

Электронагревательным элементам присущи 3 особенности:

  • равномерная теплоотдача по всей длине;
  • интенсивностью нагрева и температурой поверхности управляет терморегулятор, ориентирующийся на показания датчиков;
  • нетерпимость к перегреву.

Правила расчёта

Для выполнения системы отопления на площади 10 квадратных оптимальным вариантом будет:

  • использование 16 мм труб с длиной в 65 метров;
  • показатели расхода используемого в системе насоса не могут быть меньше двух литров в минуту;
  • контуры должны обладать равноценной длиной с разницей не более 20%;
  • оптимальный показатель расстояния между трубами составляет 15 сантиметров.

Следует учитывать, что разница между температурой поверхности и теплоносителя может составлять порядка 15 °C.

Оптимальный способ при укладке трубной системы представлен «улиткой». Именно такой вариант монтажа способствует максимально равномерному распределению тепла по всей поверхности и позволяет минимизировать гидравлические потери, что обусловлено плавными поворотами. При укладке труб в зоне наружных стен оптимальный шаг составляет десять сантиметров. Для выполнения качественного и грамотного крепления целесообразно проводить предварительную разметку.

https://www.youtube.com/watch?v=anrDkD84jsk

Таблица теплопотребления различных частей здания

, , , , , ,
Поделиться
Похожие записи
Комментарии:
Комментариев еще нет. Будь первым!
Имя
Укажите своё имя и фамилию
E-mail
Без СПАМа, обещаем
Текст сообщения
Adblock detector