Hydraulický výpočet otopné soustavy na konkrétním příkladu

Vytápění založené na cirkulaci teplé vody je nejběžnější možností pro uspořádání soukromého domu.Pro kompetentní vývoj systému je nutné mít předběžné výsledky analýzy, tzv. hydraulický výpočet otopné soustavy, spojující tlak ve všech úsecích sítě s průměry potrubí.

Předložený článek podrobně popisuje metodiku výpočtu. Abychom lépe porozuměli algoritmu akcí, podívali jsme se na postup výpočtu na konkrétním příkladu.

Dodržením popsané posloupnosti bude možné určit optimální průměr potrubí, počet topných zařízení, výkon kotle a další systémové parametry nutné pro zajištění efektivního individuálního zásobování teplem.

Koncepce hydraulického výpočtu

Určujícím faktorem technologického rozvoje otopných soustav byly obvyklé úspory energie. Touha ušetřit nás nutí k pečlivějšímu přístupu k návrhu, výběru materiálů, způsobu instalace a provozu vytápění domu.

Pokud se tedy rozhodnete vytvořit pro svůj byt či dům jedinečný a především ekonomický systém vytápění, pak doporučujeme seznámit se s výpočtem a pravidly návrhu.

Před definováním hydraulického výpočtu systému musíte jasně a jasně pochopit, že individuální topný systém bytu nebo domu je obvykle umístěn o řád výše ve srovnání s centrálním topným systémem velké budovy.

Osobní topný systém je založen na zásadně odlišném přístupu ke konceptům zdrojů tepla a energie.

Podstatou hydraulického výpočtu je, že průtok chladiva není předem nastaven s výraznou aproximací reálným parametrům, ale je určen provázáním průměrů potrubí s tlakovými parametry ve všech prstencích systému.

Stačí provést triviální srovnání těchto systémů podle následujících parametrů.

1. Systém ústředního vytápění (kotelna-dům-byt) je založen na standardních typech nosičů energie - uhlí, plyn. V autonomním systému můžete použít téměř jakoukoli látku, která má vysoké specifické spalné teplo, nebo kombinaci několika kapalných, pevných nebo granulovaných materiálů.
2. DSP je postaven na běžných prvcích: kovové trubky, „nemotorné“ baterie, uzavírací ventily. Individuální topný systém umožňuje kombinovat různé prvky: vícedílné radiátory s dobrým přenosem tepla, high-tech termostaty, různé typy potrubí (PVC a měď), kohoutky, zátky, armatury a samozřejmě vlastní hospodárnější kotle, oběhová čerpadla.
3. Pokud vstoupíte do bytu typického panelového domu postaveného před 20-40 lety, uvidíme, že topný systém se sníží na přítomnost 7dílné baterie pod oknem v každé místnosti bytu a svislé potrubí přes celý dům (stoupačka), se kterým můžete „komunikovat“ se sousedy nahoře/dole. Autonomní topný systém (AHS) umožňuje vybudovat systém jakékoli složitosti s přihlédnutím k individuálním přáním obyvatel bytu.
4. Na rozdíl od DSP, samostatný systém vytápění zohledňuje poměrně působivý seznam parametrů, které ovlivňují přenos, spotřebu energie a tepelné ztráty. Okolní teplotní podmínky, požadovaný teplotní rozsah v místnostech, plocha a objem místnosti, počet oken a dveří, účel místností atd.

Hydraulický výpočet otopné soustavy (HRSO) je tedy podmíněným souborem vypočtených charakteristik otopné soustavy, který poskytuje komplexní informace o takových parametrech, jako je průměr potrubí, počet radiátorů a ventily.

Tento typ radiátoru byl instalován ve většině panelových domů v postsovětském prostoru. Úspory na materiálech a nedostatek designových nápadů jsou zřejmé

GRSO umožňuje správně vybrat vodokružné čerpadlo (topný kotel) pro dopravu teplé vody ke konečným prvkům topného systému (radiátory) a v konečném důsledku mít nejvyváženější systém, který přímo ovlivňuje finanční investice do vytápění domu .

Další typ topného radiátoru pro DSP. Jedná se o všestrannější produkt, který může mít libovolný počet žeber. Tímto způsobem můžete zvětšit nebo zmenšit plochu výměny tepla

Sled kroků výpočtu

Když už mluvíme o výpočtu topného systému, poznamenáváme, že tento postup je nejkontroverznější a nejdůležitější z hlediska designu.

Před provedením výpočtu musíte provést předběžnou analýzu budoucího systému, například:

• vytvořit tepelnou bilanci ve všech a konkrétně v každé místnosti bytu;
• schvalovat termostaty, ventily a regulátory tlaku;
• vybrat radiátory, teplosměnné plochy, teplosměnné panely;
• určit oblasti systému s maximálním a minimálním průtokem chladicí kapaliny.

Kromě toho je nutné určit obecné schéma přepravy chladicí kapaliny: plný a malý okruh, jednotrubkový systém nebo dvoutrubkový hlavní.

Výsledkem hydraulického výpočtu je několik důležitých charakteristik hydraulického systému, které poskytují odpovědi na následující otázky:

• jaký by měl být výkon zdroje vytápění;
• jaký je průtok a rychlost chladicí kapaliny;
• jaký je požadovaný průměr hlavního topného potrubí;
• jaké jsou možné ztráty tepla a hmotnost samotného chladiva.

Dalším důležitým aspektem hydraulického výpočtu je postup vyvažování (propojování) všech částí (větví) systému při extrémních tepelných podmínkách pomocí řídicích zařízení.

Existuje několik hlavních typů topných produktů: litinové a hliníkové vícedílné, ocelové panely, bimetalové radiátory a covektory. Ale nejběžnější jsou hliníkové vícedílné radiátory

Návrhová zóna potrubí je úsek s konstantním průměrem samotného potrubí a také konstantním průtokem teplé vody, který je určen vzorcem pro tepelnou bilanci místností. Výpis návrhových zón začíná od čerpadla nebo zdroje tepla.

Příklad počátečních podmínek

Pro přesnější vysvětlení všech detailů hydraulického výpočtu si uveďme konkrétní příklad běžného obytného prostoru. Máme klasický 2pokojový byt v panelovém domě o celkové ploše 65,54 m2.²který se skládá ze dvou pokojů, kuchyně, samostatného WC a koupelny, dvoulůžkové chodby, dvoulůžka a balkonu.

Po zprovoznění jsme obdrželi následující informace ohledně připravenosti bytu.Popisovaný byt zahrnuje stěny z monolitických železobetonových konstrukcí ošetřených tmelem a základním nátěrem, profilová okna s dvoukomorovým sklem, lisované interiérové ​​dveře, keramická dlažba na podlaze koupelny.

Typický 9patrový panelový dům se čtyřmi vchody. Na každém patře jsou 3 byty: jeden 2pokojový a dva 3pokojové. Byt se nachází v pátém patře

Prezentované bydlení je navíc již vybaveno měděnými rozvody, rozdělovači a samostatným panelem, plynovým sporákem, vanou, umyvadlem, WC, vyhřívaným věšákem na ručníky, dřezem.

A co je nejdůležitější, v obývacích pokojích, koupelně a kuchyni jsou již hliníkové radiátory topení. Otázka týkající se potrubí a kotle zůstává otevřená.

Jak se shromažďují data

Hydraulický výpočet systému je většinou založen na výpočtech souvisejících s výpočtem vytápění na základě plochy místnosti.

Proto je nutné mít následující informace:

• plocha každé jednotlivé místnosti;
• rozměry spojek oken a dveří (vnitřní dveře nemají prakticky žádný vliv na tepelné ztráty);
• klimatické podmínky, rysy regionu.

Budeme vycházet z následujících údajů. Plocha společenské místnosti - 18,83m², ložnice - 14,86m², kuchyně - 10,46m², balkon - 7,83m² (součet), chodba - 9,72m² (množství), koupelna - 3,60m², WC - 1,5m². Vchodové dveře - 2,20m², výkladní skříň společenské místnosti - 8,1m², okno do ložnice - 1,96m², kuchyňské okno - 1,96m².

Výška stěn bytu je 2 metry 70 cm.Vnější stěny jsou z betonu třídy B7 plus vnitřní omítka tloušťky 300 mm. Vnitřní stěny a příčky - nosné 120 mm, běžné - 80 mm. Podlaha a tím i strop jsou z betonových podlahových desek třídy B15 tloušťky 200 mm.

Dispozice tohoto bytu poskytuje možnost vytvořit jednu jedinou topnou větev procházející kuchyní, ložnicí a obývacím pokojem, která zajistí průměrnou teplotu 20-22⁰C v pokojích (+)

A co životní prostředí? Byt se nachází v domě, který se nachází uprostřed mikročásti malého města. Město se nachází v určité nížině, nadmořská výška je 130-150 m. Klima je mírné kontinentální s chladnými zimami a poměrně teplými léty.

Průměrná roční teplota je +7,6°C. Průměrná teplota v lednu je -6,6°C, v červenci +18,7°C. Vítr - 3,5 m/s, průměrná vlhkost vzduchu - 74 %, srážky 569 mm.

Při analýze klimatických podmínek regionu je třeba poznamenat, že se potýkáme s širokým rozsahem teplot, což zase ovlivňuje speciální požadavek na úpravu topného systému bytu.

Výkon generátoru tepla

Jednou z hlavních součástí topného systému je kotel: elektrický, plynový, kombinovaný - v této fázi na tom nezáleží. Protože je pro nás důležitá jeho hlavní charakteristika – výkon, tedy množství energie za jednotku času, které bude vynaloženo na vytápění.

Výkon samotného kotle je určen následujícím vzorcem:

Wboiler = (Sroom*Wshare) / 10,

Kde:

• Místo - součet ploch všech místností, které vyžadují vytápění;
• Wdel — měrný výkon zohledňující klimatické podmínky místa (proto bylo nutné znát klima regionu).

Pro různé klimatické zóny máme obvykle následující údaje:

• severní regiony — 1,5 — 2 kW/m²;
• centrální zóna — 1 — 1,5 kW/m²;
• jižní oblasti — 0,6 — 1 kW/m².

Tato čísla jsou zcela libovolná, ale přesto poskytují jasnou číselnou odpověď ohledně vlivu prostředí na systém vytápění bytu.

Tato mapa zobrazuje klimatické zóny s různými teplotními režimy. Umístění krytu vzhledem k zóně určuje, kolik energie je třeba vynaložit na vytápění čtverečního metru kWatt energie (+)

Velikost plochy bytu, kterou je třeba vytápět, se rovná celkové ploše bytu a rovná se, tedy 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (minus balkon). Specifický výkon kotle pro centrální region s chladnými zimami je 1,4 kW/m2. V našem příkladu je tedy vypočtený výkon topného kotle ekvivalentní 8,08 kW.

Dynamické parametry chladicí kapaliny

Přejdeme k další fázi výpočtů - analýze spotřeby chladicí kapaliny. Ve většině případů se topný systém bytu liší od ostatních systémů - je to způsobeno počtem topných panelů a délkou potrubí. Tlak se používá jako dodatečná „hnací síla“ pro vertikální průtok systémem.

V soukromých jednopatrových a vícepodlažních budovách, starých panelových bytových domech se používají vysokotlaké topné systémy, které umožňují dopravovat teplo uvolňující látku do všech sekcí rozvětveného, ​​vícekruhového topného systému a zvyšovat vodu do celou výšku (až do 14. patra) budovy.

Naopak běžný 2- nebo 3pokojový byt s autonomním vytápěním nemá takovou rozmanitost kruhů a větví systému, obsahuje maximálně tři okruhy.

To znamená, že chladivo je dopravováno přirozeným procesem proudění vody. Ale můžete také použít oběhová čerpadla, vytápění zajišťuje plynový/elektrický kotel.

Pro vytápění místností větších než 100 m doporučujeme použít oběhové čerpadlo². Čerpadlo je možné instalovat před nebo za kotel, většinou se však instaluje na „zpátečku“ - nižší teplota kapaliny, menší vzdušnost, delší životnost čerpadla

Specialisté v oblasti návrhu a instalace topných systémů definují dva hlavní přístupy, pokud jde o výpočet objemu chladicí kapaliny:

1. Podle skutečné kapacity systému. Bez výjimky se sečtou všechny objemy dutin, kudy bude proudit teplá voda: součet jednotlivých úseků potrubí, úseků radiátorů atd. Ale to je poměrně pracná varianta.
2. Podle výkonu kotle. Zde se názory odborníků velmi liší, někdo uvádí 10, jiný 15 litrů na jednotku výkonu kotle.

Z pragmatického hlediska je třeba vzít v úvahu skutečnost, že pravděpodobně topný systém bude nejen dodávat teplou vodu do místnosti, ale také ohřívat vodu pro vanu/sprchu, umyvadlo, dřez a sušičku a možná i pro hydromasáž nebo jacuzzi. Tato možnost je jednodušší.

Proto v tomto případě doporučujeme nastavit 13,5 litru na jednotku výkonu. Vynásobením tohoto čísla výkonem kotle (8,08 kW) získáme odhadovaný objem vodní hmoty - 109,08 litrů.

Vypočítaná rychlost chladicí kapaliny v systému je přesně tím parametrem, který vám umožňuje vybrat určitý průměr potrubí pro topný systém.

Vypočítá se pomocí následujícího vzorce:

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

Kde:

• W — výkon kotle;
• t — teplota přiváděné vody;
• na — teplota vody ve zpětném okruhu;
• k — účinnost kotle (0,95 u plynového kotle).

Dosazením vypočtených dat do vzorce máme: (0,86 * 8080 * 0,95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h.Za jednu hodinu tak projde systémem 330 litrů chladicí kapaliny (vody) a kapacita systému je asi 110 litrů.

Stanovení průměru potrubí

Abychom konečně určili průměr a tloušťku topných trubek, zbývá prodiskutovat otázku tepelných ztrát.

Maximální množství tepla odchází z místnosti stěnami – až 40 %, okny – 15 %, podlahou – 10 %, vše ostatní stropem/střechou. Byt se vyznačuje ztrátami především okny a balkónovými moduly

Existuje několik typů tepelných ztrát ve vytápěných místnostech:

1. Ztráta tlaku v potrubí. Tento parametr je přímo úměrný součinu měrné ztráty třením uvnitř trubky (udávané výrobcem) a celkové délky trubky. Ale vzhledem k aktuálnímu úkolu lze takové ztráty ignorovat.
2. Tlaková ztráta při místních odporech potrubí — náklady na teplo v armaturách a vnitřních zařízeních. Ale vzhledem k podmínkám problému, malému počtu ohybů armatur a počtu radiátorů lze takové ztráty zanedbat.
3. Tepelné ztráty na základě umístění bytu. Existuje další typ tepelných nákladů, ale ten souvisí spíše s umístěním místnosti vzhledem ke zbytku budovy. U běžného bytu, který se nachází uprostřed domu a sousedí s ostatními byty vlevo/vpravo/nahoře/dole, jsou tepelné ztráty bočními stěnami, stropem a podlahou téměř rovné „0“.

Počítat můžete pouze se ztrátami přes přední část bytu – balkon a centrální okno společenské místnosti. Tento problém však lze vyřešit přidáním 2-3 sekcí ke každému z radiátorů.

Průměr potrubí se volí podle průtoku chladiva a rychlosti jeho cirkulace v topném potrubí

Při analýze výše uvedených informací stojí za zmínku, že pro vypočtenou rychlost horké vody v otopném systému je známa stolní rychlost pohybu vodních částic vzhledem ke stěně potrubí ve vodorovné poloze 0,3-0,7 m/s.

Pro pomoc mistrovi uvádíme takzvaný kontrolní seznam pro provádění výpočtů pro typický hydraulický výpočet topného systému:

• sběr dat a výpočet výkonu kotle;
• objem a rychlost chladicí kapaliny;
• tepelné ztráty a průměr potrubí.

Někdy při provádění výpočtů můžete získat dostatečně velký průměr potrubí, aby pokryl vypočítaný objem chladicí kapaliny. Tento problém lze vyřešit zvýšením zdvihového objemu kotle nebo přidáním přídavné expanzní nádoby.

Na našem webu je blok článků věnovaný výpočtu otopné soustavy, doporučujeme přečíst:

1. Tepelný výpočet topného systému: jak správně vypočítat zatížení systému
2. Výpočet ohřevu vody: vzorce, pravidla, příklady realizace
3. Tepelnětechnický výpočet budovy: specifika a vzorce pro provádění výpočtů + praktické příklady

Závěry a užitečné video k tématu

Vlastnosti, výhody a nevýhody systémů přirozené a nucené cirkulace chladicí kapaliny pro topné systémy:

Po shrnutí hydraulických výpočtů byly výsledkem konkrétní fyzikální vlastnosti budoucího otopného systému.

Samozřejmě se jedná o zjednodušené schéma výpočtu, které poskytuje přibližné údaje týkající se hydraulických výpočtů pro topný systém typického dvoupokojového bytu.

Pokoušíte se sami provést hydraulický výpočet vašeho topného systému? Nebo možná nesouhlasíte s předloženým materiálem? Čekáme na vaše komentáře a dotazy – blok zpětné vazby je umístěn níže.