Hydraulický výpočet otopné soustavy: etapy, principy a výsledky

Moderní topné systémy jsou komplexní zařízení s flexibilním regulačním mechanismem. Pokud se pokusíte navrhnout takový systém „od oka“, bude neúčinný a vaše náklady budou nepřiměřeně vysoké. Správný návrh zahrnuje předběžný hydraulický výpočet otopné soustavy na základě konkrétních parametrů. Pojďme zjistit, jaké hodnoty pomáhají optimalizovat kapitálové náklady, zlepšit výkon systému, vyhnout se abnormálním provozním podmínkám a také jak to udělat pomocí online kalkulačky.

Výhody výpočtu: proč se to dělá?

Hlavním problémem systémů ohřevu vody je použití pohybujícího se chladiva za proměnlivých tepelných podmínek vnějších podmínek. Jakýkoli systém ohřevu vody (WHS) se skládá ze tří částí: zařízení, které vytváří teplo, a prvků, které přenášejí a uvolňují teplo do požadovaného bodu v domě.

Ideální „kulový“ výměník tepla zajišťuje kompletní přenos tepla ze zdroje přes chladivo, ale ve skutečnosti jsou energetické ztráty v procesu přenosu energie systémem nevyhnutelné. Abychom se co nejvíce přiblížili standardu, je každý projekt založen na hydraulických výpočtech. Výpočty pomáhají zefektivnit systém, protože nám umožňují řešit následující praktické problémy:

  • Jsou určeny parametry chladicí kapaliny: její objem a rychlost pohybu dostatečné k udržení zvolené tepelné rovnováhy. Hlavním problémem takových výpočtů je vliv kolísání teploty vzduchu.
  • Minimalizují kapitálové investice při výstavbě (z důvodu výběru prvků systému s požadovanými parametry) a provozní náklady.
  • Nastavuje optimální provozní režimy pro všechny komponenty a zařízení, což vede ke zvýšení efektivity provozu a odložení velkých oprav.
  • Zajišťují proporcionální rozvod tepla po celém areálu, zaručují zachování úrovně tepelné energie po maximální dobu.
  • Určete parametry, díky kterým je systém stabilní, spolehlivý a tichý.

Typy vedení SVO

Ačkoli je princip fungování topného systému stejný (příjem a distribuce tepla po celém domě), jeho práce může být organizována různými způsoby. Je vhodné rozlišovat systémy podle způsobu organizace oběhu. Přirozená cirkulace je možná, když se chladicí kapalina pohybuje vlivem gravitace, a nucená cirkulace, když se s ní vyrovná čerpadlo.

Okruhy vodního ohřevu se liší konfigurací a měřítkem, mohou být jednotrubkové nebo dvoutrubkové. Podléhají různým zákonům, takže hydraulický výpočet potrubí se provádí s ohledem na rozdíly. Běžné jsou následující typy jednotrubkových topných okruhů:

  • Se spodní elektroinstalací (lidový název „Leningradka“). Potrubí prochází všemi místnostmi v kruhu a vrací se zpět do kotle. Výhoda systému: má málo trubek, jeho tepelný výkon nepřesahuje 30-35 kW. Nevýhodou je nerovnoměrné rozložení tepla a nemožnost regulace.
  • S horní kabeláží (systém Moskva). Přívodní potrubí je umístěno nad topnými zařízeními. Systém může fungovat i bez napájení, teplota v bateriích je distribuována rovnoměrně díky výpočtu a potrubí s různými průměry. Nevýhodou je obtížnost plynulého nastavení.

Dvoutrubkové vedení je k dispozici v následujících variantách:

  • Systém slepé uličky. Běžná možnost, ve které je pracovní médium přiváděno a odváděno z každé baterie různými linkami (přímými a zpětnými). Toto topné uspořádání se nachází v různých typech bydlení; jeho zvláštností je, že přímé vedení (dodávající teplo) je delší než zpětné vedení.
  • Dvoutrubkový přidružený systém (Tichelmanova smyčka). Zpětné potrubí začíná od prvního radiátoru, poté jsou k němu připojeny návraty ze zbývajících radiátorů, po kterých se chladicí kapalina vrací do kotle. Ukazuje se, že podél dopředné a zpětné linie se pracovní médium pohybuje jedním (odpovídajícím) směrem. Systém funguje stabilně, dobře rozvádí teplo, ale je materiálově nejnáročnější.
  • Zapojení paprsku (také známé jako ventilátor, kolektor, skříň). Potrubí vychází z jednoho bodu (sběrače) a je zde umístěno i ovládání. Výhoda zapojení: umožňuje samostatně nastavit teplotu (nebo vypnout) každého zařízení. Systém lze snadno automatizovat a lze snadno navrhnout a vypočítat potrubí. Nevýhoda: vysoké náklady na instalaci kvůli velkému počtu trubek.
READ
Jak odstranit zápach plísní pomocí lidových prostředků?

Příprava na výpočet a jeho fáze

Hydraulický výpočet vytápění umožňuje zjistit, jaké provozní parametry by měl mít topný systém s danými výchozími údaji, aby prokázal lepší účinnost. V této fázi projektu je nutné získat následující vlastnosti:

  • Průměr potrubí (určuje propustnost systému).
  • Ztráty hlavy a tlaku. Počítají se celkové ztráty (v celém severozápadním okrese) a zvlášť pro každý úsek.
  • Optimální objem vody v okruhu, rychlost jejího pohybu, kapacita expanzní nádrže.
  • Výpočet odporu systému, výběr oběhového čerpadla.

Před výpočtem hydraulických parametrů je nutné provést tepelný výpočet. Dá vám představu o tom, kolik energie na vytápění je potřeba pro každou místnost. To vám zase umožní vybrat si typ topného systému, generátoru tepla a topných zařízení.

Na základě těchto údajů se zvolí potrubí a tvarovky, metodika a potrubí se vypočítá na základě průtoku a tlaku. V poslední fázi je vypracováno axonometrické schéma zapojení (vizuální projekce komunikačních sítí provedená v třísouřadnicovém systému).

Principy hydraulických výpočtů

Tepelný výpočet poskytuje následující údaje:

  • U vodního chladiče s jednotrubkovým okruhem: průtok chladicí kapaliny (kg/h).
  • U vodního chladiče s dvoutrubkovým okruhem: rozdíl mezi horkou a chlazenou pracovní kapalinou (v přední a zadní části).
  • Optimální rychlost pohybu chladicí kapaliny; pohybuje se v rozmezí 0,3-0,7 m/s. Pokud klesne pod 0,2 m/s, hrozí zavzdušnění. Rychlost je vztažena k vnitřnímu průměru potrubí, tento vztah je nepřímo úměrný.

Pro výpočet průměru potrubí se používá další proměnná tepelné techniky: rychlost tepelného toku; ukazuje, kolik tepla se předá za jednotku času. Při výpočtech se používají vyhledávací tabulky, které obsahují výchozí data. Takové tabulky jsou k dispozici ve specializované literatuře, na webových stránkách výrobců potrubí a v dokumentech SNiP.

Obdobná technika, založená na datech z tepelně technických výpočtů, kdy je celková hodnota tepelného výkonu rozdělena mezi všechna topná zařízení, je ideálním popisem provozu systému. V praxi se rychlost chladicí kapaliny a další proměnné budou vždy lišit od vypočtených hodnot. Důvodem jsou následující faktory:

  • Dochází ke tření vody o stěny potrubí.
  • Na odbočkách potrubí a v místech připojení armatur (kohoutky, filtry, ventily) jsou přídavné průtokové odpory.

Proto je potřeba určit tlakovou ztrátu v potrubí, stejně jako ztrátu rychlosti v různých částech systému.

READ
Jak vypočítat požadovaný výkon kompresoru?

Toto je nejobtížnější problém, protože jeho řešení vyžaduje výpočty v oblasti hydrodynamických médií. Výpočty berou v úvahu následující parametry:

  • Třecí síla vody; K tomu je nutné vzít v úvahu vlastnosti (drsnost) materiálu.
  • Turbulentní víry. Jsou ovlivněny jakýmikoli změnami tvaru kanálu. Při výpočtu tlakové ztráty v potrubí jsou zavedeny speciální koeficienty, které udává výrobce pro každý výrobek, od potrubí po filtry.

Účelem hydraulického výpočtu je předběžné vyvážení systému úpravy vody. To znamená, že je důležité určit, při jakých parametrech průchodnosti bude distribuce tepla mezi topnými zařízeními optimální (ekonomická a dostatečná pro udržení příjemného mikroklimatu v interiéru). K vyvážení se používají regulační ventily.

Ventily jsou instalovány v místech připojení topných zařízení. Změna jejich propustnosti umožňuje distribuovat teplo podle potřeby. Je třeba mít na paměti, že změna kapacity jednoho ventilu změní rovnováhu ve zbývajících okruzích, což vede k nutnosti dodatečné kalibrace. Každý typ vedení má své vlastní principy vyvážení.

Popis videa

O analýze detailů SVO v následujícím videu:

Automatizace procesů

Tlak v potrubí lze vypočítat pomocí online kalkulátorů, které nabízejí hydraulické výpočty systému. Můžete získat takové charakteristiky, jako je průtok vody (průtok), parametry potrubí (vnitřní průměr) a také tlaková ztráta v potrubí; Kalkulačka umožňuje zvolit způsob výpočtu odporu.

Odolnost lze vypočítat na základě materiálu a délky úseku vodovodního potrubí nebo na základě druhu materiálu (ocel, litina, azbestocement, železobeton, plast, sklo) a jeho drsnosti (součinitel dynamického odporu). Můžete také určit typ potrubí: nové nebo ne, stejně jako materiál vnějšího nebo vnitřního povlaku. Kromě poklesu tlaku vypočítá hydraulický kalkulátor průtok, vnitřní průměr a délku sekce.

Provádění výpočtů pomocí online kalkulačky je vhodné pro malé systémy skládající se z jednoho nebo dvou okruhů s několika radiátory v každém. Složitější a výkonnější SVO (nad 30 kW) vyžadují výpočty pomocí softwaru. Potřebný software vyvíjejí největší výrobci topné techniky.

Popis videa

O hydraulickém výpočtu v programu VALTEC.PRG v následujícím videu:

Nejdůležitější znaky

Navrhování topných systémů umožňuje zvolit optimální parametry: dostatečný přívod vody, vhodné charakteristiky potrubí, tlak oběhových čerpadel. Hydraulický výpočet je jednou z nejdůležitějších částí návrhu. Umožňuje vyvážení zvoleného typu topného systému, zajišťuje jeho stabilní provoz a trvalé používání.

READ
Jak probudit žárovky mečíků?

V hydraulických výpočtech se pro každý úsek určují parametry jako tlaková ztráta, průtok vody a průměr potrubí. Malý systém pro soukromý dům lze vypočítat ručně (pomocí vzorců a referenčních knih) nebo použít online kalkulačku. Pro složité a výkonné topné okruhy je vhodné použít specializované programy.

Hydraulický výpočet otopné soustavy: stupně, metody a hodnoty

V současné době jsou topné systémy komplexním zařízením s adaptivním řízením. V případě konstrukčních chyb může dojít k poruše zařízení, což si vyžádá dodatečné finanční náklady. Chcete-li správně navrhnout topný systém, musíte nejprve vypočítat hydrauliku na základě počátečních údajů. Pojďme si ujasnit, které parametry optimalizují základní náklady, zvyšují efektivitu a zajišťují stabilní provozní podmínky a jak používat online kalkulačku.

Výpočet systému ohřevu vody: výhody realizace

Klíčovým prvkem v systémech ohřevu vody (WHS) je mobilní chladivo v potrubí za měnících se vnějších tepelných podmínek. Topný okruh tvoří tři komponenty: generátor tepla, transportní modul a teplosměnný prvek určité oblasti v domě.

Schéma vytápění pro malý soukromý dům

Schéma vytápění pro malý soukromý dům

Teoreticky uzavřené otopné soustavy předávají teplo výhradně médiu, ale v praxi dochází k významným ztrátám energie. Pro minimalizaci ztrát v otopných soustavách se ve fázi návrhu provádějí hydraulické výpočty. Počítání čísel umožňuje zvýšit efektivitu instalace řešením následujících problémů v praxi:

  • Stanovení parametrů tepelného činidla (množství, rychlost pohybu chladiva potřebného k udržení přenosu tepla). V systémových výpočtech je komplikujícím faktorem změna teploty vzduchu.
  • Snížení finančních investic při projektování díky použití materiálů požadovaných vlastností a další snížení nákladů na opravy a provoz.
  • Nastavení stabilního provozního pořadí prvků v topných systémech pro zlepšení výkonu a zamezení oprav zařízení.
  • Zajištění rovnoměrného vytápění prostoru v domě, zaručující udržení příjemné atmosféry po dlouhou dobu.
  • Výpočet kritérií pro efektivní, tichý a bezpečný provoz topného systému.

Schéma vytápění s vyhřívanými podlahami

Schéma vytápění s vyhřívanými podlahami

Způsoby elektroinstalace topného systému

I přesto, že základem pro návrh topného systému je příjem a přenos tepelné energie z topných zařízení v místnosti, lze projekt realizovat různými způsoby. Pohyb po každé sekci v systémech je nastaven přirozeně nebo násilně. V gravitačních topných okruzích se tepelné činidlo pohybuje samospádem, radiátory s nuceným oběhem využívají čerpadla.

Jednotrubkový okruh se spodním zapojením

Jednotrubkový okruh se spodním zapojením

Topné systémy se liší velikostí a provedením a dělí se na jednotrubkové a dvoutrubkové. Princip jejich fungování má své vlastní charakteristiky, které je třeba vzít v úvahu při výpočtu charakteristik zařízení. V jednotrubkovém systému se nacházejí určitá schémata vytápění:

  • Spodní potrubí (hovorově „Leningradka“). Hlavní se cyklicky uzavírá, prochází areálem, potrubí je přiváděno zpět do kotle. Jednotrubkové topné systémy jsou spojeny s takovými nevýhodami, jako je nerovnoměrný přenos tepla a nedostatek regulace tepelného toku.
  • Topný systém dvoutrubkový nazývaný přidružený systém „Tichelmanovy smyčky“. V komunikačních potrubích je první radiátor začátkem zpětného potrubí, ke kterému jsou připojeny další radiátory. Na konci se do kotle přivádí chladicí kapalina. Pracovní prostředek je dopravován přímo a zpět v jednom směru (po cestě). Projekt umožňuje kvalitativně posílit systém zařízení, zajistit stabilitu a vynikající vytápění, ale stojí další investice.
  • Kabeláž paprskového ventilátoru (někdy se označuje jako kolektor nebo skříň). Zdrojem je řízený kolektor, ze kterého odcházejí ostatní komunikace. Výhodou schématu je dostupnost nastavení teploty a vypínání jednotlivých zařízení. V systémech je možná automatizace, je vhodné je vypočítat a postavit. Mezi nevýhody patří cena instalace kvůli vysokým nákladům na potrubí.
READ
Jak porazit ohřívač vody v koupelně?

Zpětná čára - Tichelmanova smyčka

Zpětná čára – Tichelmanova smyčka

Sekvence přípravy na výpočet

Výpočet okruhu ohřevu vody je nezbytný pro pochopení provozních parametrů systému ohřevu vody s přihlédnutím k výchozím polohám a zvýšení výkonu zařízení.

Na začátku návrhu je třeba vzít v úvahu následující údaje:

  • Průměr potrubí (v závislosti na vnitřním průměru potrubí se určuje jejich průchodnost)
  • Ztráta tlaku a změny tlaku kapaliny. Celkové ztráty vodovodního systému a úniky spotřeby vody se počítají samostatně podle ploch.
  • Doporučené množství vody v systémech, hodnoty rychlosti chladicí kapaliny a jak vybrat expanzní nádrž.
  • Vzorce pro výpočet hydraulického odporu komunikací a která oběhová čerpadla je třeba zvážit pro instalaci.

Tabulka stanovení průměru potrubí

Tabulka stanovení průměru potrubí

Před přesným hydraulickým výpočtem je nutné provést studii tepelných parametrů. Energie potřebná pro každý obytný prostor je kvantifikována. Výpočet umožňuje určit model generátoru tepla, typ topných zařízení a systémů jako celku.

Poté lze navrhnout potrubní mechanismus a provést výpočet s ohledem na průtoky a hodnoty tlakové ztráty. Poslední fází je sestavení směrovacího diagramu s vizuální izometrickou projekcí NWO ve třech souřadnicích.

Základy hydraulického výpočtu otopné soustavy

Hydraulický výpočet bere v úvahu následující charakteristiky:

  • Jednotrubkový okruh SVO: průtok chladicí kapaliny (kg.h)
  • SVO s dvoutrubkovým ohřevem: rozdíl, který určuje horkou vodu a chlazená média v dopředném a zpětném směru.
  • Doporučená rychlost jízdy tepelného prostředku by měla být v rozmezí od 0.3 do 0.7 m/s. Při hodnotách nižších než 0.2 m/s se mohou tvořit vzduchové kapsy, které brání cirkulaci ve vodních systémech. Vnitřní průměr potrubí je nepřímo úměrný rychlosti.

Omezení rychlosti chladicí kapaliny

Omezení rychlosti chladicí kapaliny

Velikost potrubí se volí s ohledem na další tepelně-technickou proměnnou: rychlost tepelného toku; složka vyjadřuje tepelné množství (J) přenesené za sekundu. Vyhledávací tabulky definují počáteční hodnoty. Lze je zobrazit na internetu prostudováním směrnic výrobních společností a referenční literatury.

Autonomní SVO vyžaduje plnou kontrolu ze strany vlastníků

Autonomní SVO vyžaduje plnou kontrolu ze strany vlastníků

V ideálním modelu systému metodou tepelně technického výzkumu je celkový tepelný výkon distribuován do všech topných zařízení. Ve skutečnosti je však rozdíl mezi ukazateli rychlosti agenta a dalšími parametry oproti teoreticky vypočteným z následujících důvodů:

  • Tření mezi kapalinou a vnitřním povrchem trubek.
  • Odolnost upevňovacích bodů a příslušenství mechanismu (kohoutky, ventily, filtry) proti pohybu vody
READ
Jak vybrat střešní krytinu?

K tomu jsou zavedeny následující pojmy: vypočítaná tlaková ztráta v hlavním cirkulačním kroužku a ztráta rychlosti ve vodních systémech.

Provedení výpočtu je složitý úkol, který vyžaduje aktivní studium s hydraulickým výzkumem parametrů:

  • Třecí síly kapaliny a materiálové vlastnosti povrchu (v úvahu se bere například drsnost a odporové síly prvků)
  • Vznik turbulentních vírů v důsledku nerovnoměrného průchodu. Koeficient místního odporu prvků, který ovlivňuje tlak v potrubí, můžete sledovat pomocí tabulek doporučení od výrobce.

Práce s hydraulickým výpočtem pomáhá předbalancovat CBO. To je nezbytné pro pochopení toho, jaká propustnost umožní optimální distribuci tepla do topných zařízení a vytvoří příjemnou atmosféru bez dodatečných nákladů. Kompenzace ve vodních systémech se provádí pomocí regulačních ventilů.

Topný systém potřebuje vyvážení

Topný systém potřebuje vyvážení

Připojovací místa pro topná tělesa jsou vybavena speciálními ventily. Změnou propustnosti v zařízeních regulují distribuci energie. Je třeba mít na paměti, že nastavením jakéhokoli ventilu se změní celé vyvážení okruhu, které je nutné provést znovu. Pro správné nastavení topného zařízení je nutné prostudovat základy každého příkladu zapojení.

Metody automatizace

S hydraulickými výpočty je vhodné pracovat pomocí online kalkulačky, která zohledňuje návrhový tlak potrubí. V důsledku toho se získají hodnoty průtoku kapaliny (propustnost), vnitřní průměry potrubí a ztráta tlaku během provozu. Kalkulačka umožňuje určit typ práce s vypočítaným odporem.

Příklad výpočtu parametrů v kalkulačce

Příklad výpočtu parametrů v kalkulačce

Pro výpočty jsou uvedeny výchozí charakteristiky rozměrů trubek, jejich stupeň opotřebení a z jakého materiálu (například ocel, slitina, plast, sklo) jsou vyrobeny. Výzkum lze provést s přihlédnutím ke koeficientu drsnosti prvků. Kalkulačky vypočítají pokles tlaku kapaliny, náklady, délky sekcí a průměry přívodu vody.

Jednoduché topné systémy s jedním nebo dvěma okruhy a několika radiátory lze snadno vypočítat pomocí online kalkulačky. Ale pro komplexní topná zařízení s výkonem vyšším než 30 kW je nutné aplikovat speciální programy, které jsou vyvinuty hlavními výrobci topných zařízení.

Programové okno pro výpočet vytápění soukromého domu

Programové okno pro výpočet vytápění soukromého domu

Závěr

Pro správný návrh topného okruhu je nutné řídit dostatečný tlak kapaliny, kvalitu použitého potrubí a výkon oběhového čerpadla. Pomocí hydraulického výpočtu je možné systém kalibrovat a zajistit jeho účinnost.

Stanovení parametrů tlakové ztráty, průtoku a průměrů potrubí v úsecích je nutné pro správné provedení studie. Pokud vezmeme jako příklad malý soukromý dům, počítá se ručně nebo online. Komplexní průmyslové komunikace jsou navrženy pomocí softwaru.