Расчет отопления одной ветки
Считаем систему отопления
| Рассчитывать диаметр в каждой ветке Рассчитать расходы теплоносителя по веткам Рассчитать насос для отопления Рассчитать гидравлические сопротивление системы отопления |
Рассмотрим простенькую задачу
Имеется один котел и двухтрубная тупиковая система отопления. Смотри изображение.
| Радиаторов 6шт с разным потреблением тепла Котел 12 кВт Теплопотери здания 12 кВт Трубы металлопластиковые. |
| Диаметры трубопроводов каждой ветки Подобрать напор и расход насоса. |
Примем, что температура подающей линии 60 градусов, а обратной линии 50 градусов.
тогда, согласно формуле
1,163 — теплоемкость воды, Вт/(литр•°С)
где Т3=Т1-Т2 — разница температур между подающим и обратным трубопроводом.
Разница температур задается от 5 до 20 градусов. Чем меньше разница, тем больше расход и соответственно для этого увеличивается диаметр трубы. Если разница температур больше, то расход уменьшается, и диаметр трубы может быть меньше. То есть если вы зададите разницу температур равной 20 градусам, то расход будет меньше.
Чем меньше расход через радиатор, тем меньше тепла выдает радиатор.
Находим диаметр трубопровода.
Чтобы найти диаметр трубопровода необходимо задать сам диаметр и посчитать сопротивление, создаваемое в трубопроводе данным диаметром. Сопротивление поможет нам подобрать необходимый диаметр.
Чтобы найти сопротивление необходимо воспользоваться калькулятором гидравлического сопротивления:
Для наглядности необходимо схему привести в блочный вид
Поскольку, сопротивление в тройниках очень мало, его не стоит брать в расчет при расчете сопротивления в системе отопления. Так как сопротивление протяженности трубы будет многократно превышать сопротивление в тройниках. Ну, если Вы педант и хотите посчитать сопротивление в тройнике, то рекомендую в случаях, если расход больше идет на поворот в 90 градусов, то используйте местное сопротивление угла. Если меньше, то можно закрыть на это глаза. Если движение теплоносителя по прямой, то сопротивление очень мало.
| Сопротивление1 = ветка радиатора1 от тройника2 до тройника7 Сопротивление2 = ветка радиатора2 от тройника3 до тройника8 Сопротивление3 = ветка радиатора3 от тройника3 до тройника8 Сопротивление4 = ветка радиатора4 от тройника4 до тройника9 Сопротивление5 = ветка радиатора5 от тройника5 до тройника10 Сопротивление6 = ветка радиатора6 от тройника5 до тройника10 Сопротивление7 = путь трубы от тройника1 до тройника2 Сопротивление8 = путь трубы от тройника6 до тройника7 Сопротивление9 = путь трубы от тройника1 до тройника4 Сопротивление10 = путь трубы от тройника6 до тройника9 Сопротивление11 = путь трубы от тройника2 до тройника3 Сопротивление12= путь трубы от тройника8 до тройника7 Сопротивление13 = путь трубы от тройника4 до тройника5 Сопротивление14= путь трубы от тройника10 до тройника9 Сопротивление главной ветки = от трайника1 до трайника6 по линии котла |
На каждое сопротивление необходимо подобрать диаметр. В каждом участке сопротивления свой расход. На каждое сопротивление необходимо установить заявленный расход в зависимости от тепловых потерь.
Находим расходы на каждом сопротивлении.
Чтобы найти расход в сопротивление1 необходимо найти расход в радиаторе1.
Расчет подбора диаметра производится циклично:
| 1. Задаем внутренний диаметр трубы сопротивления 2. Находим сопротивления в метрах водяного столба 3. Сопротивлением корректируем диаметр. Если сопротивление превышает норму, увеличиваем диаметр, а также уменьшаем местные сопротивления, для того, чтобы получить необходимое оптимальное сопротивление. |
С помощью калькулятора гидравлических сопротивлений производим расчет.
Рассмотрим ветку от тройника3 через радиатор3 до тройника8.
По пути трубопровода следуют местные сопротивления:
| Угол 4шт Радиаторное расширение 1шт Радиаторное сужение 1шт Длина трубы 11метров. |
Расход в этом трубопроводе составляет Q3 = 258л/ч=4,3л/мин
Задаем трубу 16мм с внутренним диаметром 12мм=0,012 м
Заводим данные в калькулятор.
Калькулятор показал: Сопротивление3(R3) = 0,75м
Далее рассмотрим ветку от тройника3 через радиатор2 до тройника8.
Задаем трубу 16мм с внутренним диаметром 0,012 м
По пути трубопровода следуют местные сопротивления:
| Угол 2шт Радиаторное расширение 1шт Радиаторное сужение 1шт Длина трубы 1метр. |
Расход в этом трубопроводе составляет Q2 = 172л/ч=2,9л/мин
Заводим данные в калькулятор.
Калькулятор показал: Сопротивление2 = 0,07м
Для примера посчитаем, какой расход получиться при таких сопротивлениях.
По условию задачи на радиатор2 и радиатор3 необходим расход равный:
Q11 = Q2 + Q3 = 2,9+4,3=7,2л/м
Для этого подбираем сопротивление
Я примерно подобрал: 0,5м
Нужно подставить такой расход, при котором сопротивление будет равно 0,5м
Расход 11,6 > 7,2 поэтому уменьшаем сопротивление до: 0,2м
Q2=5,1л/м, а должен: 2,9л/м
Q3=2,1л/м, а должен: 4,3л/мин
Расход 7,2 = 7,2 значит расход верный.
Увеличиваем диаметр трубы на ветке3
Задаем трубу 26мм с внутренним диаметром 0,020 м
Задаем сопротивление: 0,07м
Расход 7,2 = 7,2 значит, результат подходит для нашей схемы.
Если R3 и R2 параллельны, то их расходы равны
то есть: R2=R3=0,07м
Далее находим сопротивление11 = путь от тройника2 до тройника3.
Расход в нем составляет: 7,2л/м
Длина трубы 5 метров
При внутреннем диаметре 20 сопротивление составило 0,05м
При внутреннем диаметре 26 сопротивление составило 0,016м
Я выбираю наименьшее сопротивление. Сопротивление11 равно сопротивлению12.
Общее сопротивление ветки от тройника2 по двум радиаторам(2,3) до тройника7 равно:
То есть: 0,016+0,016+0,07=0,102м назовем: Сопротивление(2,3,11,12)
Далее сопротивление1 параллельно сопротивлению(2,3,11,12).
Расход Q1 = 86л/ч=1.4л/мин
Сопротивление1 очень мало. Для увеличения сопротивления существуют запирающие краны обратного потока, которыми можно регулировать сопротивление.
Необходимо добавить расход на сопротивление1 на столько, чтобы:
Подводка к радиатору1 такая же как у радиатора2.
Углов 2шт. Длина трубы 16мм с внутренним диаметром 12мм. Расширение и сужение на входе радиатора.
Подставил расход: Q1 = 3,56л/м и получил сопротивление равное 0,102м
Поэтому расход Q7=Q1+Q11 = 3,56+7,2=10,76л/м
Чтобы оставить расход Q11 на должном уровне в 7,2л/м, следует увеличить расход Q7=10,76л/м.
Если сделать расход Q7=8.6л/м, то расход Q11 будет недостаточным.
Но обратите внимание на то, что расход в радиаторе1 увеличивается многократно, что тоже является экономически не выгодным фактом.
Находим сопротивление7 при расходе Q7= 10,76л/м
Выбираем трубу 26мм с внутренним диаметром 20мм=0,020м
Длина трубы 3 метра
R(1)= R(2,3,11,12)= R(1,2,3,11,12) потому, что они параллельны.
С первым этажом закончили, движемся на второй этаж.
Начинаем с крайнего радиатора6
Задаем диаметр трубы 16мм с внутренним диаметром 0,012м
Длина трубы 11м, углов 4шт, расширение и сужение
Задаем диаметр трубы 16мм с внутренним диаметром 0,012м
Длина трубы 1м, углов 2шт, расширение и сужение
R5 и R6 Параллельны, поэтому, чтобы не убавить расход на радиаторе6 находим расход Q5, чтобы сопротивление R5=R6=0,096м
Отклонения не большие оставим в таком положении
Задаем диаметр 0,012м
Тогда задаем диаметр 0,016м
R(4,5,6,13,14)= R13+ R14+ R(5,6)=0,079+0,079+0,096=0,254м
Данное R(4,5,6,13,14) примерно равно R(1,2,3,7,8,11,12)=0,238м но все же это много, так как в цепь второго этажа войдут еще некоторые сопротивления.
Поэтому, нужно стремиться уровнять сопротивления.
Тогда увеличиваем диаметр 0,020м
R(4,5,6,13,14)= R13+ R14+ R(5,6)=0,027+0,027+0,096=0,15м
Задаем диаметр трубы 16мм с внутренним диаметром 0,012м
Длина трубы 1м, углов 2шт, расширение и сужение
0,15м = 0,149м разница очень маленькая
R4 и R(4,5,6,13,14) Параллельны и одинаковы по сопротивлению при заданном расходе
Задаем диаметр 0,020м
Длина трубы 13 метров
Сопротивление очень большое.
Задаем диаметр 0,026м
Длина трубы 13 метров
R(4,5,6,9,10,13,14)=R9+R10+ R(4,5,6,13,14)= 0,07+0,07+0,15=0.29м
Поскольку сопротивление второго этажа выше, поэтому расход будет больше в первом этаже.
Нужно стремиться к тому, чтобы было R(4,5,6,9,10,13,14)=R(1,2,3,7,8,11,12)
Общий расход равен
Q=19.91л/м = 1194л/ч = 1,19 м3/час
Длина трубы 8 метров
Задаем диаметр 0,020м
Ответ: При расходе в 20 л/м сопротивление системы отопление составляет: 1м.
Далее, если известно сопротивление и расход системы отопления можно подобрать насос.
Как подобрать насос.
Конечно, еще необходимо учитывать сопротивление котла, которое можно принять примерно 0,5 м. В зависимости от диаметров прохода самого котла. Вообще если быть точнее, то необходимо в самом котле по трубкам рассчитать гидравлическое сопротивление. Как это сделать описано тут:
На этом статья закончена, если есть вопросы, пишите в комментарии.
Эта статья является частью раздела: Конструктор водяного отопления.
Расчет отопления одной ветки
Профессиональный расчет систем водяного отопления. Расчет теплопотерь водяного контура.
| Не многие слесари-сантехники понимают, как считать водяное отопление, а тем более как производить профессиональный расчет систем отопления. Многие просто копируют чужие схемы разводки или придерживаются обычных стандартных схем. Мы научим Вас делать расчет теплопотерь трубопровода. И приведем реальные задачи! Не сомневайтесь! |
Я предлагаю свои методы расчета систем водяного отопления. Мои методы вы возможно не найдете в интернете. Потому что те, кто это понял, не будет делиться этими знаниями с другими. Да и высококлассные инженеры не будут на халяву, выкладывать свой хлеб.
Или данная информация, может быть изложена на не совсем доступном языке для Вас.
В этой статье я объясню на простом языке и постараюсь изложить все нюансы, касающиеся расчета и переноса тепла через водяные потоки. И данный процесс расчета будет, совсем упрощенный, не затрагивая лишних процессов и процедур.
По этим расчетам Вы легко сможете понять, из чего складывается весь процесс водяного отопления. Расчёт потребления тепла.
Вариант 1. Расчет радиаторов отопления. Рассмотрим теплопотери в радиаторном отоплении. Смотри изображение.
Вы задумывались над тем, с какой скоростью проходит вода в трубе? Или сколько литров проходит через ваш радиатор в час? И сколько же энергии потребляет ваш радиатор? Да и в каких единицах эту энергию тепла мерить?
Ниже я отвечу на эти вопросы! Будьте внимательны! Вы, возможно, получите новое представление и понимание данной темы!
Начнем с понимания теплоемкости.
Обладающий теплоемкостью материал – это материал обладающий способностью, накапливать в себе количество теплоты. В нашем случае это будет вода, которая имеет наибольшую величину теплоемкости. Имейте в виду, что если использовать незамерзающую жидкость для систем отопления, то эта незамерзающая жидкость будет иметь меньшую величину теплоемкости в отличие от чистой воды на разницу в пределах 20-30%. А это значит, что незамерзающая жидкость будет меньше переносить теплоту.
Теплоемкость – это отношение единицы количество теплоты на единицу температуры.
Теплоемкость воды имеет феноменальный график теплоемкости. В районе около 36,6 °С, теплоемкость воды самая минимальная. Но эта разница не такая большая и на расчетах тепла не будет сильно влиять. И поэтому, среднюю величину теплоемкости, будем принимать за 4,2 кДж/(кг•°С).
Количество теплоты – это понятие стоит понимать интуитивно. Что тепло мы понимаем как тепловую энергию или можно понимать как термическую (Температурную) энергию.
Это во первых, а во вторых существует единица измерения, которая через отношения величин показывает из чего состоит данная величина.
Количество теплоты измеряется в калориях. Одна калория это количество теплоты затраченная для того, чтобы нагреть один грамм воды на один градус цельсия при атмосферном давлении (101325 Па). Везде пишут в Кельвинах и вы можете утверждать так же. Но скажу лишь то, что изменение на один градус цельсия, приведет разницу в один градус по Кельвину. Разница между Кельвина и Цельсия лишь в разнице сдвига на 273,15 единиц. То есть, °С=Кельвин-273,15 .
Если вода находится в неких других условиях, например при давлении в 30 атмосфер, то тут не стоит замарачиваться. Вода как и жидкость практически не сжимается. Если скажем на воду надавить 100 атмосфер, то объем самой воды уменьшиться на 0,5%. Также существует температурное расширение, которое тоже очень маленькое и практически не влияет на расчеты. Скажу лишь, если изменить температуру воды на 100 градусов цельсия, то объем воды измениться на 1,5%. Это в идеале для воды без воздуха. Для систем отопления такой расчет не идет, так как в системе отопления существуют в каждом радиаторе воздушная прослойка, что при нагреве воздуха приводит к расширению воздушных масс. Там рассчитывают расширение 10% от всего объема воды.
Также скажу еще то, что один литр воды весит один килограмм. Это означает, что масса воды в один килограмм соответствует одному литру воды в жидком состоянии.
Нам для нормального расчета не нужны тонкости в мельчайших цифрах. Температурное расширение очень маленькое. Разница при давлении хотя бы в 10 атмосфер тоже не значительное. Так что для расчета теплопотерь будем использовать средние показатели без лишних мелких расчетов. И Вы сможете вычислитель количества теплоты в любом конкретном случае.
P.S. Мельчайшие показатели, будете вводить в формулу, когда будете защищать докторскую диссертацию. 🙂
| Не маловажно знать, как переводить единицы измерения. |
1 калория = 4,1868 Дж.
1 Джоуль = 0,2388 калорий.
| И особенно знать, как это все перевести в Ватты. |
1 Калория = 0,001163 Ватт • час
1 кКалория = 1,163 Ватт • час
Приведем грубый пример с электрочайником: Если представить, что чайник потребляет 0,001163 ватт, и налить туда один грамм и включить, то нагреет он воду за один час и всего на один градус.
Сделав некоторые, превращения получаем: Чтобы изменить 1 литр воды на один градус требуется 1,163 Ватт • час.
А сейчас задача из реального примера:
| В электрочайник налили один литр холодной воды, с температурой 10 °С. Чайник потребляет 1800 Ватт. За какое время вода в чайнике достигнет 100 °С? |
Решение: Разница температур достигает 90 °С.
( (1,163 • 90) / 1800 ) • 60 = 3,489 минут.
Реальные результаты могут отличиться на 5-10%, тут еще есть фактор потери тепла в окружающую среду и потеря полезной энергии в сети 220 В. Также рассеивание электричества через магнитные поля и многое другое. Можете сами проверить…
Также я проверял, расход электрического водонагревателя на практике, ошибся всего на 5 процентов. Но это стоит того! Значит расчет верный, и цифры внушают доверие.
И так вернемся к этому изображению:
Если мы знаем расход воды в радиаторе и знаем температуры на подаче и на обратке, то мы легко можем посчитать, какое количество теплоты расходует данный радиатор.
| Через радиатор циркулируется вода с расходом 5 литров в минуту. На подающей трубе температура75 °С, а на обратке 65°С. Найти потери тепла через радиатор. |
Решение: Переводим расход 5 литр/мин. = 300 литр/час.
Разница температур t = 75 – 65 = 10°С.
1,163 • 10 • 300 = 3489 Ватт • час.
Ответ: Радиатор теряет за один час времени 3489 Ватт. Или можно сказать радиатор при данных условиях потребляет 3,489 кВатт.
Очень важно при расчетах соблюдать единицы измерения! Константа 1,163 это измеряется Ватт • час. Соблюдайте время! Переводите минуты в часы, а кубометры или миллилитры в литры. Так как выше было описано, при воздействии 1,163 Ватт в течение одного часа нагревается один литр воды на один градус кельвина или цельсия.
Для тех, кто не знает. В одном кубическом метре 1000 литров. 1 м 3 = 1000 литр.
| По средним показателям паспорта данного радиатора в 10 секций, радиатор выдает до 2000 Ватт. Найти благоприятный расход воды через радиатор. |
По опыту скажу, что разница температур 10 секционного радиатора между подачей и обраткой будет равна от 10 до 20 °С.
Решение: Расход = 2000 / ( 1,163 • 20 ) = 85,98 литров / час.
Вариант 2. Как узнать, сколько Ватт тепла выдает котел? Расчет котлов отопления.
Ситуация аналогична расчету по радиаторному отоплению. Это просто! Смотрите, сколько качает циркуляционный насос. Измеряете температуру на подающей трубе и на трубе обратного потока. Подставляете в формулу и считаете!
| Через котел циркулируется вода с расходом 20 литров в минуту. На подающей трубе температура75 °С, а на обратке 55 °С. Найти мощность котла. |
Решение: Переводим расход 20 литр/мин. = 1200 литр/час.
Разница температур t = 75 – 55 = 20°С.
1,163 • 20 • 1200 = 27912 Ватт • час.
Ответ: Котел выдает мощность 27,912 кВатт.
В будущих статьях обязательно рассмотрим обратные задачи, как считать теплопотери здания и как узнать, сколько мощности необходимо котлу.
Вариант 3. С теплым полом ситуация как с потерей тепла в радиаторном отоплении.
Что касается скорости потока в теплом поле, то вот формулы, которые помогут найти скорость.
| S-Площадь сечения м2 π-3,14-константа — отношение длины окружности к ее диаметру. r-Радиус окружности, равный половине диаметра Q-расход воды м3/с D-Внутренний диаметр трубы V-Средняя скорость потока жидкости в трубе ( м/с ) |
| Имеется металлопластиковая труба диаметром 16мм и расход воды 5литров в минуту. Найти скорость потока. |
Решение: Внутренний диаметр трубы равен 12 мм переводим в метры. 0,012 м.
S = π • r2 = π • (D/2) 2 = 3,14 • ( 0,012/2 ) 2 = 0,00011304 мм2
Q = 5 л/мин = 0,0000833 м 3 /с
V = Q / S = 0,0000833 / 0,00011304 = 0,73 м/с.
Ответ: Средняя скорость потока составляет 0,73 м/с.
А используя знания из этой статьи, уже можно легко ответить на такие вопросы: С какой скоростью проходит вода в трубе? Сколько литров проходит через ваш радиатор в час? Сколько же энергии потребляет ваш радиатор?
Я надеюсь, данная статья Вам даст порцию мотивации на то, чтобы начать вести обязательные расчеты по системам водяного отопления. Если что не понятно, пишите в комментарии.
