Как сделать гидравлический расчет системы отопления

Для обеспечения допустимых норм и параметров воздуха в рабочих зонах, используют системы воздушного отопления. В качестве основного теплоносителя для таких обогревательных систем выступает наружный воздух.

Виды теплового баланса котлов

1. Уравнение прямого баланса устанавливает зависимость между расходом топлива и теплопроизводительностью котла. При этом обязательно замеряются параметры и количество выработанного пара или воды. 2. Уравнение обратного теплового баланса устанавливает зависимость между КПД котла и тепловыми потерями (величины выражаются в процентах).

Тепловой баланс составляется для анализа процессов, происходящих в топке котла при сгорании топлива, с целью: определить причины снижения производительности к/а; разработать мероприятия, необходимые для повышения КПД.

Что такое водяной теплый пол?

   Теплый водяной пол – это система труб, спрятанных под стяжкой, по которым циркулирует вода определенной температуры около +45°С. На сегодняшний день, это самая востребованная технология для отопления частных домов. Благодаря циркулированию воды внутри системы, обогрев получается равномерным и комфортным, в отличии от радиаторных распределителей тепла. Простота конструкции, независимость от сезонного отопления, скачки температуры и давления являются еще одним большим плюсом данной технологии. Отапливается такая система в основном с помощью газового котла. Но без проблем взаимодействует и с другими видами котлов.

Преимущества водяного теплого пола:

  • совместимость со многими видами напольного покрытия – вы можете выбрать любое нужное вам покрытие, не беспокоясь о том, что система отопления повредит его;
  • экономия тепла – система производит обогрев снизу, благодаря этому весь холодный воздух поднимается вверх, что позволяет обогревать помещение без использования прочих источников тепла;
  • сезонные опции – в холодное время года, система выступает в роли отопительной конструкции, а в летнее время способна охлаждать помещение.

Однако, существуют особенности, с которыми необходимо ознакомиться перед установкой такой системы:

  • Дороже радиаторной системы. При устройстве дома теплым полом готовьтесь к повышенным тратам, которые не особо себя окупят, но при этом принесут много приятного в плане отопления.
  • Не везде справляется с прогревом. В большинстве случаев теплый пол проходит в качестве основного отопления, но есть помещения, где требуется дополнительный прибор отопления. Для выяснения этого факта и нужно делать расчет теплого пола.
  • Запрет на использование в многоквартирных домах. Но касается он в основном России. В других странах ограничений нет.

Данная технология более уместна на территории частного дома, нежели квартиры. Монтаж системы желательно доверить мастерам, так как есть вероятность образования протечек, которые проявляются не сразу. Некачественная сборка может доставить массу хлопот и нанести серьезный урон имуществу.

Особенности проектирования системы отопления

Тип отопления напрямую зависит от площади дома.В силу малой инерционности систему с естественной циркуляцией можно использовать для сооружений площадью не более 100м2.  Расчет и проектирование систем отопления осуществляется с учетом целого ряда особенностей. Например, для зданий с большей площадью необходима принудительная циркуляция теплоносителя. Данный тип теплоносителя обеспечивается включением циркуляционных насосов в систему. (См. также: Что надо знать о проектировании отопления)

Совет! Для повышения длительности срока службы деталей, циркуляционные насосы нужно установить в обратную линию, которая ведет непосредственно к котлу от отопительных приборов. Таким образом, удается избавить контакт деталей с горячей водой.

Особенности проектирования системы отопления

Рисунок 3: Конструкция циркуляционного насоса

Пример расчетов для теплообмена между холодным и горячим телом

К горячей воде, массой 200 грамм, имеющей температуру +80 градусов Цельсия, добавили холодную воду, в количестве 100 грамм при температуре +15 градусов Цельсия. Какую температуру будет иметь смесь после установления теплового равновесия? Считать, что окружающая среда в теплообмене не участвует.

Примечание: Здесь мы рассматриваем упрощенную задачу, для того, чтобы облегчить понимание закона сохранения энергии. Мы не учитываем в этой задаче, что вода содержится в емкости. И часть тепловой энергии будет затрачиваться на то, чтобы изменить температуру емкости.

Читайте также:  Как выбрать тепловентилятор — разбираемся какой лучше и почему

При решении других задач обязательно учитывайте, что емкость, в которой будет содержаться вещество, имеет массу. И часть тепловой энергии будет затрачиваться на то, чтобы изменить температуру емкости.

 Решение:

В условии сказано, что окружающая среда в теплообмене не участвует. Поэтому, будем считать рассматриваемую систему замкнутой. А в замкнутых системах выполняются законы сохранения. Например, закон сохранения энергии.

Иными словами, с сосудом и окружающим воздухом теплообмен не происходит и, все тепловая энергия, отданная горячей водой, будет получена холодной водой.

1). Запишем уравнение теплового баланса, в правой части которого можно записать ноль:

\[\large Q_{\text{остывания горяч}} + Q_{\text{нагревания холод}} = 0 \]

2). Теперь запишем формулу для каждого количества теплоты:

\[\large Q_{\text{остывания горяч}} = c_{\text{воды}} \cdot m_{\text{горяч}} \cdot (t_{\text{общ}} — t_{\text{горяч}} ) \]

\[\large Q_{\text{нагревания холодн}} = c_{\text{воды}} \cdot m_{\text{холодн}} \cdot (t_{\text{общ}} — t_{\text{холодн}} ) \]

Примечания:

  1. \(\large c_{\text{воды}} \) – удельную теплоемкость воды находим в справочнике;
  2. Массу воды переводим в килограммы;
  3. Горячая вода остывает и отдает тепловую энергию. Поэтому, разность \(\large (t_{\text{общ}} — t_{\text{горяч}} ) \) будет иметь знак «минус», потому, что конечная температура горячей воды меньше ее начальной температуры;
  4. Холодная вода получает тепловую энергию и нагревается. Из-за этого, разность \(\large (t_{\text{общ}} — t_{\text{холодн}} ) \) будет иметь знак «плюс», потому, что конечная температура холодной воды больше ее начальной температуры;

3). Подставим выражения для каждого Q в уравнение баланса:

\[\large c_{\text{воды}} \cdot m_{\text{горяч}} \cdot (t_{\text{общ}} — t_{\text{горяч}} ) + c_{\text{воды}} \cdot m_{\text{холодн}} \cdot (t_{\text{общ}} — t_{\text{холодн}} ) = 0 \]

4). Для удобства, заменим символы числами:

\[\large 4200 \cdot 0,2 \cdot (t_{\text{общ}} — 80 ) + 4200 \cdot 0,1 \cdot (t_{\text{общ}} — 15 ) = 0 \]

Проведем упрощение:

\[\large 840 \cdot (t_{\text{общ}} — 80 ) + 420 \cdot (t_{\text{общ}} — 15 ) = 0 \]

Раскрыв скобки и решив это уравнение, получим ответ:

\[\large t_{\text{общ}} = 58,33 \]

Ответ: Температура смеси после прекращения теплообмена будет равна 58,33 градуса Цельсия.

Задача для самостоятельного решения:

В алюминиевом калориметре массой 100 грамм находится керосин массой 250 грамм при температуре +80 градусов Цельсия. В керосин поместили свинцовый шарик, массой 300 грамм. Начальная температура шарика +20 градусов Цельсия. Найдите температуру тел после установления теплового равновесия. Внешняя среда в теплообмене не участвует.

Примечание к решению: В левой части уравнения теплового баланса теперь будут находиться три слагаемых. Потому, что мы учитываем три количества теплоты:

  • \(\large Q_{1} \) – охлаждение алюминия от температуры +80 градусов до конечной температуры;
  • \(\large Q_{2} \) – охлаждение керосина от температуры +80 градусов до конечной температуры;
  • \(\large Q_{3} \) – нагревание свинца от температуры +20 градусов до конечной температуры;

А справа в уравнение теплового баланса запишем ноль. Так как внешняя среда в теплообмене не участвует.

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.

Виды отопления теплиц

Существует множество простых видов отопления теплиц. Их можно обогревать газовым, печным, электрическим, паровым или водяным способом. Не рекомендуем использовать при обогреве теплиц электрический калорифер, так как не будет нормальной циркуляции воздуха, а значит, будет неравномерно прогреваться помещение. И какой-то участок прогреется сильнее, чем нужно, а другой более отдаленный, вообще останется без тепла.

Читайте также:  Как почистить газовый котел в домашних условиях

Чтобы был равномерный прогрев парника, нужно спроектировать и произвести монтаж полноценной системы отопления самостоятельно, благодаря которой будут созданы необходимые условия для выращивания продукции. Конечно, предпочтительнее обогреть и почву в теплице.

Когда выбирается вид обогрева, необходимо опираться на размеры помещений, количество выделенных средств и прочее. Необходимо скрупулезно изучить каждый вид обогрева парников для того, чтобы правильно выбрать систему. Важным аспектом является особенности работы каждой отопительной системы.

Ведь некоторые более простые и удобные, но дорогие. Производить монтаж некоторых систем отопления может только профессионал. Для отопления промышленных теплиц необходимо применять новейшие технологии.

Применение тепловых воздушных завес

Для уменьшения объема поступающего воздуха в помещение при открытии наружных ворот или дверей, в холодное время года используют специальные тепловые воздушные завесы.

В иное время года они могут быть использованы как рециркуляционные установки. Такие тепловые завесы рекомендуется применять:

  1. для наружных дверей или проемов в помещениях с мокрым режимом;
  2. у постоянно открывающихся проемов в наружных стенах сооружений, которые не оборудованы тамбурами и могут отворяться более пяти раз за 40 минут, или в районах с расчетной температурой воздуха ниже 15 градусов;
  3. для внешних дверей зданий, если к ним примыкают помещения без тамбура, которые оборудованы системами кондиционирования;
  4. у проемов во внутренних стенах или в перегородках производственных помещений во избежание перехода теплоносителя из одного помещения в другое;
  5. у ворот или дверей помещения с кондиционированием воздуха со специальными технологическими требованиями.
Применение тепловых воздушных завес

Пример расчета воздушного отопления для каждой из вышеуказанных целей может служить дополнением к технико-экономическому обоснованию установки такого вида оборудования.

В тепловом и воздушном балансе здания теплота, подаваемая при помощи завес периодического действия, не учитывается.

Температуру воздуха, который подается в помещение тепловыми завесами, принимают не выше чем 50 градусов у внешних дверей, и не более чем 70 градусов – у наружных ворот или проемов.

Выполняя расчет системы воздушного отопления, принимают следующие значения температуры смеси, поступающей через наружные двери или проемы (в градусах):

5 — для промышленных помещения при тяжелых работах и расположении рабочих мест не ближе чем на 3 метра к наружным стенам или 6 метров от дверей; 8 — при тяжелых видах работ для производственных помещений; 12 — при работах средней тяжести в производственных помещениях, или в вестибюлях общественных или административных зданий. 14 —при легких работах для промышленных помещений.

Для качественного обогрева дома необходимо правильное расположение отопительных элементов. Нажмите для увеличения.

Применение тепловых воздушных завес

Расчет систем воздушного отопления тепловыми завесами производится для различных внешних условий.

Воздушные тепловые завесы у наружных дверей, проемов или ворот рассчитываются с учетом давления ветра.

Расход теплоносителя в таких агрегатах определяется из скорости ветра и температуры наружного воздуха при параметрах Б (при скорости не более 5 м в секунду).

В тех случаях, когда скорость ветра при параметрах А больше, чем при параметрах Б, то воздуногреватели следует проверять при воздействии параметров А.

Скорость исхода воздуха из щелей или наружных отверстий тепловых завес принимают не более 8 м в секунду у наружных дверей и 25 м в секунду – у технологических проемов или ворот.

При расчетах систем отопления воздушными агрегатами за расчетные параметры наружного воздуха принимаются параметры Б.

Применение тепловых воздушных завес

Одна из систем в нерабочее время может действовать в дежурном режиме.

Достоинствами систем воздушного отопления являются:

  1. Уменьшение первоначальных капиталовложений, за счет сокращения расходов на приобретение отопительных приборов и прокладки трубопроводов.
  2. Обеспечение санитарных и гигиенических требований к условиям среды в промышленных помещениях за счет равномерного распределения температуры воздуха в объемных помещениях, а также проведения предварительного обеспыливания и увлажнения теплоносителя.

К недостаткам систем воздушного отопления можно отнести значительные габариты воздуховодов, высокие теплопотери при передвижении воздушных масс по таким трубопроводам.

Похожие записи: Эффективность воздушного отопления в производственных помещениях Точный расчет количества секций в радиаторе отопления Как правильно сделать расчёт мощности котла для отопления частного дома

Поделиться:

Применение тепловых воздушных завес

Обозначения и порядок выполнения

На планах обязательно должно быть указано, определённое заранее, циркуляционное кольцо, называемое главным. Оно обязательно представляет собой замкнутый контур, включающий все отрезки трубопровода системы с наибольшим расходом теплоносителя. Для двухтрубных систем эти участки идут от котла (источника тепловой энергии) до самого удалённого теплового прибора и обратно к котлу. Для однотрубных систем берётся участок ветки — стояка и обратной части.

Читайте также:  3 способа, как слить воду с водонагревателя Thermex

Единицей расчёта является отрезок трубопровода, имеющий неизменный диаметр и ток (расход) носителя тепловой энергии. Его величина определяется исходя из теплового баланса помещения. Принят определённый порядок обозначения таких отрезков, начиная от котла (источника тепла, генератора тепловой энергии), их нумеруют. Если от подающей магистрали трубопровода есть ответвления, их обозначение выполняется заглавными буквами в алфавитном порядке. Такой же буквой со штрихом обозначается сборная точка каждой ветки на обратном магистральном трубопроводе.

В обозначении начала ветки приборов отопления указывается номер этажа (горизонтальные системы) или ветки — стояка (вертикальные). Тот же номер, но со штрихом ставится в точке их подключения к обратной линии сбора потоков теплоносителя. В паре, эти обозначения составляют номер каждой ветки расчётного участка. Нумерация ведётся по часовой стрелке от левого верхнего угла плана. По плану определяется и длина каждой ветки, погрешность составляет не более 0,1 м.

На поэтажном плане отопительной системы по каждому её отрезку считается тепловая нагрузка, равная тепловому потоку, переданному теплоносителем, она принимается с округлением до 10 Вт. После определения по каждому прибору отопления в ветке, определяется суммарная нагрузка по теплу на магистральной подающей трубе. Как и выше, тут округление полученных значений ведётся до 10 Вт. После вычислений, каждый участок должен иметь двойное обозначение с указанием в числителевеличины тепловой нагрузки, а в знаменателе — длины участка в метрах.

Требуемое количество (расход) теплоносителя на каждом участке легко определяется путём деления количества тепла на участке (скорректированное на коэффициент, учитывающий удельную теплоёмкость воды) на разность температур нагретого и охлаждённого теплоносителя на этом участке. Очевидно, что суммарное значение по всем рассчитанным участкам даст требуемое количество теплоносителя в целом по системе.

Не вдаваясь в детали, следует сказать, что дальнейшие расчёты позволяют определить диаметры труб каждого из участков системы отопления, потери давления на них, произвести гидравлическую увязку всех циркуляционных колец в сложных системах водяного отопления.

Как посчитать коэффициент расширения

Когда производится расчет объема системы отопления, следует обратить внимание на коэффициент расширения используемой в качестве теплоносителя жидкости. Данный параметр может характеризоваться двумя значениями, зависящими от типа устанавливаемого отопительного оборудования.

В том случае, когда в отопительной системе в качестве теплоносителя будет задействована вода, тогда коэффициента расширения равен 4%, а, если этиленгликоль — 4,4%.

Существуют другие, не такие точные способы как посчитать объем системы отопления. Например, можно использовать показатель мощности теплоагрегата: предполагается, что 1 кВт соответствует 15 литрам теплоносителя. Таким, образом, чтобы узнать приблизительную емкость всех элементов отопительной конструкции, необходимо знать мощность системы теплоснабжения. Часто знать точнейший объем радиатора отопления, котла, трубопровода не требуется. В качестве примера будет рассмотрен конкретный случай. Суммарная мощность всей отопительной конструкции составляет 60 кВт, тогда ее общий объем рассчитывается следующим образом: VS = 60х15 = 900 литров.

Непременно нужно учитывать, что установка современных элементов системы теплоснабжения, таких как батареи, трубы, котел, в некоторой мере способствуют снижению ее общего объема.

Для чего нужен гидравлический расчет

Гидравлический расчет (далее ГР) — это математический алгоритм, в результате выполнения которого мы получим необходимый диаметр труб в данной системе (имеется ввиду внутренний диаметр).

Кроме того, будет понятно какой нам необходимо использовать циркуляционный насос — определяется напор и расход насоса. Все это даст возможность сделать систему отопления экономически оптимальной.

Производится он на основании законов гидравлики — специального раздела физики, посвященного движению и равновесию в жидкостях.