Гидравлический расчет 2-трубной системы отопления

Мощность генератора тепла

Одним из основных узлов отопительной системы является котел: электрический, газовый, комбинированный – на данном этапе не имеет значения. Поскольку нам важна главная его характеристика – мощность, то есть количество энергии за единицу времени, которая будет уходить на отопление.

Мощность самого котла определяется по ниже приведённой формуле:

Wкотла = (Sпомещ*Wудел) / 10,

где:

  • 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.

Гидравлический расчет 2-трубной системы отопления
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 (+)

Схема двухтрубной системы отопления

Устройство системы отопления с принудительной циркуляцией может быть разным, что зависит от особенностей конкретного здания.

Вертикальная и горизонтальная схемы

Двухконтурная система отопления с принудительной циркуляцией может различаться направлением установки стояков: вертикальные или горизонтальные. Двухтрубная схема первого типа имеет следующие плюсы:

  • Позволяет подключать каждый этаж двухэтажного дома к стояку по отдельности;
  • Вертикальная установка предотвращает образование воздушных пробок.

Минусы вертикальной разводки ограничиваются только тем, что монтаж системы водяного отопления своими руками имеет увеличенную стоимость.

Горизонтальная система отопления частного дома используется чаще в зданиях с одним этажом. Радиаторы подключаются к такой системе двумя путями:

  • Лучевым или коллекторным;
  • Последовательным.

При коллекторной схеме подключения каждый радиатор получает теплоноситель по отдельности. У первого типа системы все отопительные приборы имеют общую пару отопительных контуров, которые объединяет коллекторная коробка. Плюсы первого варианта заключаются в отсутствии необходимости отрегулировать систему своими руками и контролировать проходимость запорной арматуры, температура радиаторов при этом будет одинаковой во всей системе. Однако цена на материалы выше из-за большего расхода труб. Последовательная схема подключения более проста и практична, позволяет легко отрегулировать температуру теплоносителя.

Читать также: Коллектор для водяного теплого пола: устройство, схема и монтаж

Верхняя и нижняя разводка

Гидравлический расчет 2-трубной системы отопленияДвухтрубная система с верхней разводкой всегда вертикальна, а радиаторы в ней подключаются параллельно. В такой системе отопления двухэтажного дома обязательно должен присутствовать расширительный бак, монтирующийся в верхней точке подающего контура. Трубы обоих контуров должны устанавливаться с небольшим отклонением от горизонтали по ходу течения воды. Подпитка системы водой происходит через трубы отводящего контура. Холодная вода перемешивается с отводящимся теплоносителем, повышая его плотность и увеличивая напор циркуляции в системе отопления.

Читать также: Нормы и оптимальные значения температуры теплоносителя

Схема работы системы с принудительной циркуляцией такова: насос гонит нагретый теплоноситель на чердак двухэтажного дома, откуда вода спускается в нижние помещения по подающему контуру, попадая в радиаторы. Отдав в них свое тепло, вода утекает обратно в котел по обратке, трубы которой расположены ниже уровня установки батарей.

Двухтрубная система отопления с нижней разводкой отличается от предыдущего типа тем, что подводящий контур прокладывается своими руками рядом с отводящими трубами, вода подается снизу. Нижняя разводка применяется редко из-за того, что она имеет существенные минусы. В системе с нижней разводкой неизбежно образование воздушных пробок, что обусловливает необходимость снабжения всех конечных радиаторов кранами Маевского, через которые воздух должен стравливаться каждую неделю.

Тупиковая и попутная системы

Гидравлический расчет 2-трубной системы отопленияСистемы отопления с принудительной циркуляцией могут отличаться направлением течения теплоносителя. По этому признаку система бывает тупиковая и прямолинейная:

  • При попутном движении направление приводящего и обратного потоков совпадает;
  • Тупиковая циркуляция теплоносителя предполагает разнонаправленный ток воды.

Система с нижней или верхней разводкой также может быть открытого или закрытого типа. Отличие их в том, что открытая система является проточной, снабжается горячим теплоносителем централизованно либо имеет негерметичный контур. В закрытой системе с принудительной циркуляцией применяется нагрев теплоносителя в замкнутом контуре. Первая схема двухтрубной системы обычно используется в многоквартирных и многоэтажных домах, а вторая больше подходит для одно- или двухэтажного частного дома.

Популярные статьи  Ершик для унитаза

Читать также: Расширительный бачок для отопления открытого типа: расчет объема и установка

Состоит двухконтурная система отопления с нижней или верхней разводкой из следующих элементов:

  1. Нагревательного котла;
  2. Радиаторов;
  3. Труб и трубопроводного фильтра (грязевика);
  4. Расширительного бака;
  5. Арматуры для балансировки – вентилей, кранов, клапанов;
  6. Насоса в случае с принудительной циркуляцией;
  7. Группы безопасности и манометров.

Читать также: Расчет, выбор и установка циркуляционного насоса для теплого пола

Обзор программ

Для удобства расчётов применяются любительские и профессиональные программы вычисления гидравлики.

Самой популярной является Excel.

Можно воспользоваться онлайн-расчётом в Excel Online, CombiMix 1.0, или онлайн-калькулятором гидравлического расчёта. Стационарную программу подбирают с учётом требований проекта.

Главная трудность в работе с такими программами — незнание основ гидравлики. В некоторых из них отсутствуют расшифровки формул, не рассматриваются особенности разветвления трубопроводов  и вычисления сопротивлений в сложных цепях.

Особенности программ:

  • HERZ C.O. 3.5 – производит расчёт по методу удельных линейных потерь давления.
  • DanfossCO и OvertopCO – умеют считать системы с естественной циркуляцией.
  • «Поток» (Potok) — позволяет применять метод расчёта с переменным (скользящим) перепадом температур по стоякам.

Следует уточнять параметры ввода данных по температуре — по Кельвину/по Цельсию.

Виды разводки труб и построения систем отопления

Виды системы отопления определяются пространственным размещением радиаторов и трубопровдов.

Различают схемы компоновок:

  • горизонтальную или вертикальную;
  • верхнюю или нижнюю разводку;
  • с прямым и обратным течением теплоносителя;
  • разводок труб до радиаторов – тупиковые, лучевые, кольцевые.

Каждому виду и их комбинациям присущи качественные характеристики, определяющие выбор в зависимости от условий эксплуатации.

Верхняя или нижняя разводка

Схема двухтрубной системы отопления с верхней разводкой. Верхняя разводка может быть обустроена в системах с гравитационной и принудительной циркуляцией, а также в их комбинированном варианте. Горячий теплоноситель по центральному стояку подаётся в верхнюю горизонтальную трубу из которой происходит распределение по стоякам. Трубы располагают под потолком верхнего этажа.

Преимущества Недостатки
Разница в давлении позволяет использовать большое количество радиаторов Часть тепла трубы отдают в верхней части помещения, что снижает эффективность
Подходит для различных схем построения Требуется разводка большого диаметра, что дороже
Низкое гидравлическое сопротивление Внешний вид не подходит для части интерьеров
Возможность установки терморегуляторов на каждый радиатор или стояк Расширительный бак иногда придётся выносить на неотапливаемый чердак и осуществлять качественное утепление
Невысокое давление в сети (до 3-4 атм) подходит для любых типов радиаторов, в том числе алюминиевых Для монтажа тёплого пола потребуется дополнительное оборудование

Диаметр труб и протяженность контуров увеличивает объём теплоносителя, для перекачки которого покупают мощные насосы.

Схема двухтрубной системы отопления с нижней разводкой.

Системы с нижней разводкой отличаются расположением подводящей трубы и обратки ниже уровня радиаторов.

Преимущественно такие схемы используют в системах с принудительной циркуляцией.

Достоинства нижней разводки:

  • трубопроводы можно скрыть в полу или стенах;
  • не требуется делать общий стояк, что позволяет организовать отопление первого построенного этажа, а второй и последующий оборудовать в по мере необходимости;
  • установив коллекторы, можно организовать систему «тёплый пол».

Пример коллекторного узла, распределяющего теплоноситель по контурам «теплого пола». Среди недостатков пользователи отмечают частые завоздушивания, а монтажники – трудности с первоначальной настройкой и балансировкой.

Вертикальная и горизонтальная разводка

Схема горизонтальной и вертикально разводки двухтрубной СО. Горизонтальная и вертикальная схема отличаются наличием главного стояка.

Вертикальные типы в основном применяют в многоэтажных зданиях. Горизонтальный вид подходит для строений любой этажности, при обустройстве учитывают конструкцию и подбирают насос необходимой мощности.

Проектировщики и монтажники различают несколько принципиальных схем разводки труб в системах отопления.

Три принципиальных схемы разводки труб.

Тупиковая схема монтируется в большинстве загородных домов и имеет ещё одно название – с обратным (встречным) движением теплоносителя. К каждому радиатору подключают подающую и отводящую трубы. Циркуляция осуществляется насосом. Главное преимущество системы заключается в том, что ко всем радиаторам теплоноситель доходит одинаковой температуры, а с помощью регуляторов можно поддерживать необходимый микроклимат в каждом помещении.

Недостатки:

  • большое количество сварных и муфтовых соединений;
  • требуется профессиональный гидравлический расчёт, если в одном контуре находится больше 3-х радиаторов;
  • часто возникают шумы от движущегося теплоносителя.

Петля Тихельмана или схема с попутным движением теплоносителя используется в нижней горизонтальной разводке и позволяет скрыть трубы под напольным покрытием или в стяжке. Попутная схема по отзывам монтажников требует минимальной настройки. Петля Тихельмана отлично работает при большом количестве радиаторов, но потребует при этом увеличенного диаметра труб.

При монтаже лучевой разводки используют коллекторы, устанавливаемые на каждом этаже здания.

Популярные статьи  Высота водорозетки для стиральной машиныВысота водорозетки для стиральной машины

Схема лучевой разводки двухтрубной СО к радиаторам с нижним подключением.

Схема раздельно питает каждый радиатор и позволяет монтировать систему «тёплый пол». Важный недостаток – большие затраты на приобретение труб.

Однотрубная система отопления

Ключевой признак однотрубных систем – все приборы соединяются последовательно, отсутствует деление на обратный контур и подающую магистраль.

Гидравлический расчет 2-трубной системы отопления

Подобные конструкции с вертикальным расположением стояков можно встретить в большинстве жилых домов, возведенных в советские годы. По единой магистрали перемещается нагретая и охлажденная жидкость. Она циркулирует по одной из двух схем:

  1. С замыкающими участками конструкции. Отличительный элемент установки – байпас, расположенный между трубами присоединения к радиатору. Теплоноситель делится на два потока: один поступает в отопительные приборы верхних этажей, остальная часть спускается по стояку через байпас. Охлажденная водяная смесь соединяется с горячим теплоносителем и спускается к нижним этажам. Схема позволяет устанавливать трехходовой вентиль для поддержания комфортного температурного режима в комнатах.
  2. С проточной конфигурацией: теплоноситель последовательно стекает от верхних этажей вниз, постепенно расходуя энергию. Для нивелирования разницы потребуется установить на нижних этажах дома радиаторы с большим количеством секций.

Гидравлический расчет 2-трубной системы отопления

Однотрубная система отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией теплоносителя

Схема получила высокую распространенность благодаря следующим преимуществам:

  • возможность отказаться от насоса и сделать систему гравитационной;
  • низкие расходы на строительные материалы;
  • простые узлы обвязок;
  • облегченный монтаж по сравнению с коллекторной и двухтрубной разводкой.

Также перечислим основные минусы:

  • неравномерный прогрев дома: температура на верхних этажах значительно выше, чем на нижних. Неправильное распределение теплогидравлических нагрузок ведет к необходимости увеличения размера приборов по мере остывания теплоносителя;
  • вертикальная однотрубная конструкция с нижней разводкой отопления не сможет успешно функционировать без циркуляционного насоса, воздухоотводчика и расширительного бака;
  • при использовании проточной схемы владелец дома не сможет установить кран двойной регулировки и настраивать температуру в помещении.

Гидравлический расчет 2-трубной системы отопления

Схема однотрубной системы отопления с насосной циркуляцией воды с проточным движением воды и через байпасы

Однотрубная конфигурация с естественным движением теплоносителя подходит только для коттеджей с чердачным помещением, в котором устанавливается верхняя разводка. Следует помнить, что данная схема значительно осложняет осуществление врезки теплого пола.

Как сделать расчет

Без предварительного расчёта мощности будущей отопительной системы добиться комфортного тепла в доме достаточно сложно. Тепловой расчёт помогает подобрать:

  • нагревательный котёл оптимальной мощности,
  • радиаторы с необходимым количеством секций,
  • трубы, запорную арматуру и пр.

Для теплового расчёта понадобятся следующие данные:

  • Общая площадь строения и каждого помещения в отдельности, высота потолков.
  • Назначение каждого помещения (спальня, гостиная, кухня, подсобка и т.д.).
  • Наличие примыкающих к зданию строений.
  • Материал, из которого возведена постройка (стены и потолок, пол и перекрытия, крыша).
  • Используемый вид утеплителя.
  • Количество, тип и размеры окон и наружных дверей.
  • Длительность отопительного сезона и «роза ветров» местности, средние температурные минимумы в данный период.
  • Желаемая температура в доме.
  • Точки подключения к коммуникациям (газ, электросеть, водопровод).

Мощность и теплоотдача

Расчёт необходимой тепловой мощности позволит подобрать точную модель нагревательного котла и радиаторов.

Метод 1. Расчёт мощности отопления по площади:

  • Q – Тепловая мощность (ватт).
  • S – Внутренняя площадь строения (м²).
  • A – Количество ватт от общей мощности отопительной системы на 1м² (обычно это 100 – 150 ватт).
  • k – Коэффициент запаса мощности на случай сильных морозов (1,2 или 1,25).

Данный метод прост, однако не всегда является оптимальным решением, т.к. не учитывает ни климатические особенности региона, ни высотных показателей помещений, ни характеристик материалов, из которых построен дом и пр.

Метод 2. Расчёт мощности отопления по объёму помещения и климатическим особенностям региона.

  • Q – Тепловая мощность (ватт).
  • S – Внутренняя площадь строения (м²).
  • B – Высота стен (м).
  • C – Корректировочный коэффициент теплопотерь (для отдельно стоящих зданий, например, он равен 60).
  • X – Региональный коэффициент.
  • E – Количество дверей.
  • F – Количество окон.
Тип зимы Регион Региональный коэффициент
Теплая зима Юг, Черноморское побережье 0,7 0,9
Умеренная зима Средняя полоса России, Северо-Запад 1,2
Суровая зима Сибирь 1,5
Экстремально холодная зима Чукотка, Якутия, Крайний Север 2

Гидравлический расчет

Создаваемое в системе давление теплоносителя не является постоянной величиной. На него постоянно влияет создаваемая в трубопроводе сила трения, корректировка температурных показателей и пр. Это может привести к разбалансировке отопительного контура.

Избежать этого позволяет гидравлический расчёт, обеспечивающий поступление к каждому радиатору теплоносителя в количестве, необходимом для поддержания заданных параметров. В ходе расчёта определяются:

  • диаметр и пропускная способность труб,
  • потенциальные места потери давления,
  • оптимальный объём теплоносителя,
  • условия гидравлической увязки.

Считаем объём теплоносителя по мощности котла:

  • V – Объём водяной массы отопительной магистрали.
  • 13,5 – Ср. объём теплоносителя на единицу мощности котла.
  • Q – Мощность котла (кВт).
Популярные статьи  Как делается утепление стен угловой квартиры в панельном доме изнутри

Расчёт объёма теплоносителя может производиться и по фактической ёмкости контура, когда суммируются все объёмы составляющих элементов контура (труб, радиаторов и т.п.).

Расчёт скорости движения теплоносителя:

  • V – Скорость движения теплоносителя (м/с).
  • Q – Мощность котла (ватт).
  • L – КПД котла.
  • K – Температура теплоносителя на выходе из котла.
  • Ko – Температура теплоносителя на обратке.

Оптимальной скоростью движения жидкости считается показатель в интервале от 0,3 до 0,7 м/с. Отклонение от установленного норматива грозит либо завоздушиванием контура, либо излишними шумами.

Диаметр трубы

Определение сечения трубы основывается на результатах теплового и гидравлического расчёта.

  • D – Сечение трубы (см).
  • Q – Мощность котла (ватт).
  • K – Температура теплоносителя на выходе из котла.
  • Ko – Температура теплоносителя на обратке.
  • V – Скорость движения теплоносителя (м/с).

Расчёт достаточно сложный, поэтому проще использовать готовые таблицы или специальные онлайн-калькуляторы, широко представленные на просторах интернета.

В итоге всех расчётов чертится план индивидуального отопления частного дома (квартиры) с обозначением схем и данных каждого элемента системы.

Расчет расширительного бака

Чтобы произвести расчет расширительного бака для закрытой системы отопления, необходимо выяснить, насколько увеличивается объем жидкости при ее нагреве от комнатной температуры +20 ºС до рабочей, находящейся в пределах 50—80 ºС. Эта задача тоже не из простых, но ее можно решить другим способом.

Вполне корректным считается принимать объем бака в размере десятой части от всего количества воды в системе, включая радиаторы и водяную рубашку котла. Поэтому снова открываем паспорта оборудования и находим в них вместительность 1 секции батареи и котлового бака.

Далее, расчет объема теплоносителя в системе отопления выполняется по простой схеме: вычисляется площадь поперечного сечения трубы каждого диаметра и умножается на ее длину. Полученные значения суммируются, к ним прибавляются паспортные данные, а потом от результата берется десятая часть. То есть, если во всей системе 150 л воды, то вместительность расширительного бака должна составлять 15 л.

Горизонтальная и вертикальная схемы

На горизонтальные и вертикальные схемы подобная система отопления делится по местоположению трубопровода, соединяющего все устройства и приборы в одно целое.

Гидравлический расчет 2-трубной системы отопления

Горизонтальная схема

Вертикальная обогревательная схема разнится от других тем, что в таком случае все необходимые устройства подсоединяются к стояку, расположенному вертикально.

Гидравлический расчет 2-трубной системы отопления

Вертикальная схема

Хотя ее составление и выйдет в итоге немного дороже, но зато стабильной работе не будут препятствовать образовывающиеся воздушные застои и пробки. Такой решение наиболее подходящее для хозяев квартиры в доме с множеством этажей, так как все отдельно взятые этажи подключается раздельно.

Двухтрубная система отопления  с горизонтальной схемой прекрасно подойдет для одноэтажного  жилого дома с относительно большой протяженностью, в котором проще и рациональнее подключить все имеющиеся радиаторные отсеки  к горизонтальному трубопроводу.

Обе разновидности контуров отопительной системы могут похвастаться превосходной гидравлической и температурной устойчивостью, только в первой ситуации в любом случае потребуется калибровка стояков, расположенных вертикально, а во втором – горизонтальных петель.

Коллекторная схема разводки

Частный случай двухтрубного подключения, в котором все ответвления от общей трубы раздатки и обратки сгруппированы в одном месте в доме, формируя коллекторную гребенку. К каждому радиатору идут две трубы, чаще замурованные в стяжку пола.

Гидравлический расчет 2-трубной системы отопленияКоллекторная схема разводки отопления

Эффектнее начать с недостатков коллекторной схемы:

  • Расход труб и материалов в разы больше, чем в любой другой схеме разводки;
  • Для каждого контура в коллекторной группе требуется установка балансировочного редуктора или отдельного циркуляционного насоса;
  • Выполнить разводку можно только в ходе капитального ремонта или на этапе строительства дома, так как трубы можно распределить только в стяжке;
  • Система полностью энергозависима и естественная циркуляция не возможна в принципе.

Достоинство у коллекторной схемы подключения фактически одно, но неоспоримое – идеальная управляемость отопления с удобным расположением всех регулирующих механизмов в одном месте.

Дополнить его можно тем, что с коллекторной группой легче совместить одновременно систему теплых полов и классического радиаторного отопления с одним высокотемпературным котлом

Оцените статью
Максим Мальцев
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Гидравлический расчет 2-трубной системы отопления
Теплопроводность металлов