Гидравлический расчет системы отопления: пример, сопротивление отопительных приборов

Гидравлический расчет системы отопления

Централизованный тип постепенно уступает место автономной системе отопления. Многие принимают решение обогревать помещения собственными силами, желая создать идеальное сочетание экономичности, тепла и комфорта. Именно поэтому особую актуальность приобретает гидравлический расчет системы отопления.

На начальном этапе предстоят финансовые траты. Однако новейшее отопительное оборудование обладает инновационным подходом к процессу регулирования подачи тепла по сравнению со старым, поэтому вложенные деньги быстро окупаются. Но такую гармонию могут обеспечить лишь системы, созданные по всем правилам. Они смогут профессионально преодолеть возникающее гидравлическое сопротивление.

Для чего делается расчет

Вычисления производят в первую очередь для того, чтобы определить такие характеристики циркуляционного насоса, как производительность и напор, которые позволят системе отопления работать с наибольшей эффективностью.

Конечно, какую-то циркуляцию в контуре создаст любой насос, даже самый маломощный, но насколько экономичной будет такая схема? Часто бывает так, что и котел исправно работает и радиаторов в доме достаточно, но они не греют из-за слабой циркуляции в системе.

Чтобы контуры отопления работали в полную силу, необходимо, чтобы насос преодолел гидравлическое сопротивление элементов системы потоку воды в трубах, а также потери давления. Но и насос большей мощности, чем нужно, также приведет к нежелательным эффектам. Кроме повышенного расхода электроэнергии, превышение давления плохо скажется на долговечности соединений, а увеличение скорости продвижения теплоносителя приведет к возникновению шумов.

Правильно рассчитанное гидравлическое сопротивление и качественная регулирующая арматура – наиболее эффективное сочетание.

Соблюдение ключевых условий обеспечивают следующие факторы:

• снабжение отопительных приборов должно осуществляться в достаточном объеме для идеального баланса в помещении при температурных колебаниях воздуха снаружи и в жилище;
• минимизация затрат на эксплуатацию, чтобы преодолеть системное гидравлическое сопротивление;
• снижение капитальных затрат во время прокладки отопления.

Что учитывается в расчете?

Перед тем как начинать вычисления, следует выполнить ряд графиче

ских действий (часто для этого применяется специальная программа). Гидравлический расчет предполагает определение показателя баланса тепла помещения, в котором происходит отопительный процесс.

Для расчета системы рассматривается самый протяженный контур отопления, включающий наибольшее количество приборов, фитингов, регулирующей и запорной арматуры и наибольший перепад давления по высоте. В расчете участвуют такие величины:

• материал трубопроводов;
• суммарная длина всех участков трубы;
• диаметр трубопровода;
• изгибы трубопровода;
• сопротивление фитингов, арматуры и отопительных приборов;
• наличие байпасов;
• текучесть теплоносителя.

Чтобы учесть все эти параметры существуют специализированные компьютерные программы, как пример — «НТП Трубопровод», «Oventrop CO», HERZ С.О. версии 3.5. или множество их аналогов, облегчающие специалистам производство расчетов.

Они содержат необходимые справочные данные по каждому элементу системы теплоснабжения и позволяет автоматизировать сам расчет. Однако проделать львиную долю работы, определить узловые точки и внести все данные для расчета и особенности схемы трубопровода придется пользователю. Для удобства целесообразно постепенно заполнять заранее созданную форму в MS excel.

Сделать верные расчеты в части преодоления сопротивления – это самый трудоемкий, но нео

бходимый шаг при проектировании отопительных систем водяного типа.

Выбор радиаторов и длины участков трубопровода

Необходимо определиться с видом устройств для отопления и проставить места их расположение на плане помещения. Далее должно быть принято решение об итоговой конфигурации отопительной системы, вида трубопровода (однотрубный или двухтрубный), арматуры для запора и регулирования (клапана, регуляторы, вентили, датчики давления, расхода и температуры).

Затем на вычерченной схеме указывается номер тепловых нагрузок и точная длина участков, для которых производится расчет. В заключении определяется «циркулирующее кольцо». Оно представляет собой контур замкнутого вида, который включает в себя все последовательные трубопроводные участки, на которых ожидается повышенный расход носителя тепла на расстоянии от источника, излучающего теплоэнергию, до самого дальнего прибора отопления (при двухконтурной системе) или до приборной ветки (при однотрубной системе) и назад к отопительному механизму.

Нюансы

При гидравлическом расчете с помощью компьютера excel – не единственная, хоть и наиболее простая. Для данного вида подсчетов разработаны специализированные программы, с которыми работать значительно проще.

В роли расчетного трубопровода обычно выступает участок, имеющий неизменный расход носителя тепла и постоянный диаметр. Так будет проще получить правильные данные. Он определяется по тепловому балансу помещения.

Нумерация участков должна происходить от теплового источника. Чтобы обозначить узловые точки на трубопроводе, который осуществляет подачу, в местах ответвлений применяют буквы алфавита. На магистралях сборного типа в соответствующих узлах их обозначают штрихами (пример хорошо это иллюстрирует).

Узловые точки на ответвлениях приборных веток обозначаются арабскими цифрами. Каждая соответствует номеру этажа, если применяется система горизонтального типа, или номеру ветки-стояка с приборами, если речь идет о вертикальной системе. В номер всегда входят две цифры – начало и конец участка. Длина трубопроводных участков определяется по плану, который вычерчивается в масштабе. Точность составляет 0,1 м.

Расчет однотрубной системы отопления рекомендуется проводить при одинаковых (постоянных) или различных (переменных) перепадах температуры воды в стояках методом характеристик сопротивления. При этом следует применять верхнюю разводку, при которой обеспечивается движение воды к отопительному прибору «сверху-вниз».

Скачать пример гидравлического расчета

Гидравлический расчет системы отопления, сопротивление, испытание, пример и программа

В последнее время автономная отопительная система становится все более востребованной. Большинство владельцев квартир отказываются от централизованного отопления, считая индивидуальную систему более надежной и качественной. При этом довольно часто основной причиной выбора именно автономной системы отопления становится ее доступность и экономичность. Конечно, изначально на приобретение необходимого оборудования и монтаж системы придутся потратиться. Однако все затраты окупаются довольно быстро, поскольку в дальнейшем обслуживание такой системы обходится значительно дешевле, чем ежемесячная оплата централизованного отопления. Конечно, экономичность автономной системы достигается только в том случае, если она была правильно подобрана и установлена. В связи с этим огромное значение приобретает гидравлический расчет системы отопления, который необходимо проводить заранее.

Схема автономного отопления квартиры

• Для чего он нужен?
• Пример расчета гидравлики отопления
• Использование программ

Для чего он нужен?

Прежде всего, следует понимать, что старая программа контроля функционирования отопительной системы значительно отличается от современной именно по причине различного осуществления гидравлического режима. Помимо этого, современные отопительные системы отличаются использованием более качественных материалов и технологий монтажа – что также отображается на их себестоимости и экономичности. Более того, современная система позволяет совершать контроль на всех этапах и замечает даже незначительное колебание температуры.

Аксонометрическая схема системы отопления коттеджа — первые этап гидравлического расчета

Можно сделать простой вывод: применение более качественной, модернизированной современной системы позволяет значительно снизить уровень энергопотребления, что, в свою очередь, ведет к повышению экономичности системы. Однако не следует самостоятельно монтировать отопительную систему, поскольку этот процесс требует специальных знаний и навыков. В частности, нередко проблемы возникают из-за неправильно установленного каркаса и отказа от проведения гидравлического расчета системы отопления. Что же важно учитывать при монтаже системы:

• только в случае правильно выполненного монтажа будет осуществляться равномерная подача теплоносителя ко всем элементам системы. А этот показатель – залог равновесия между регулярно изменяющейся температурой воздуха снаружи и внутри помещения.
• минимализация затрат на эксплуатацию системы (в особенности – топливной) приводит к тому, что значительно снижается гидравлическое сопротивление системы отопления.
• чем больше диаметр используемых труб – тем выше будет себестоимость отопительной системы.
• система должна быть не только надежной и качественно установленной. Важным фактором является и ее бесшумность.

Какую информацию получаем после того, как сделан гидравлический расчет отопления:

• диаметр труб, применимый на различных участках системы для ее максимально эффективной работы;
• гидравлическая устойчивость системы отопления в разных сегментах отопительной системы;
• тип гидравлической связки трубопровода. В некоторых случаях для достижения максимального равновесия отдельных процессов используется специальный каркас.
• расход и давление теплоносителя во время циркуляции в отопительной системе.

Конечно, расчет гидравлического сопротивления системы отопления является довольно затратным процессом. Однако следует учитывать то, что правильность его проведения дает возможность получения максимально точной информации, необходимой для создания качественной отопительной системы. Поэтому наиболее правильным является привлечение специалиста, а не попытка произвести данный расчет самостоятельно.

Пример рабочей схемы в программе при выполнении гидравлического расчета

Перед тем, как будет проведен гидравлический расчет системы отопления онлайн, следует получить такие данные:

• равновесие показателей тепла во всех помещениях, которые необходимо будет отапливать;
• наиболее подходящий тип отопительных приборов, прорисовать на предварительном плане отопительной системы их детальное расположение;
• определение типа и диаметра используемых для монтажа системы труб;
• разработка плана запорного и направляющего каркасов. Помимо этого, важно до мелочей продумать расположение в системе всех элементов – от генераторов тепла до вентилей, стабилизаторов давления и датчиков контроля уровня температуры теплоносителя;
• создание максимально детального плана системы, на котором будут указаны все ее элементы, а также длина и нагрузка сегментов;
• определить расположение замкнутого контура.

Пример таблицы с полученными данными гидравлического расчета

Пример расчета гидравлики отопления

Приведем пример гидравлического расчета системы отопления. Возьмем отдельный участок трубопровода, на котором наблюдается стабильная теплопотеря. Диаметр труб не меняется.

Определить этот участок следует, основываясь на данных о тепловом балансе помещения, в котором он находится. Важно помнить – нумерация участков начинается от источника тепла. Помечаем связующие узлы, присутствующие на подающем участке магистрали прописными буквами.

Принципиальная схема отопления

В случае если на магистрали присутствуют узлы – их следует пометить небольшим штрихом. Используем арабские цифры для определения узловых точек, которые присутствуют в участках ответвления. При горизонтальной отопительной системе каждая из точек соответствует номеру этажа здания. В случае применения вертикальной системы значение точки соответствует значению стояка. Узлы, в которых происходит сбор потока, также следует отмечать штрихами. Следует отметить, что номера непременно должны состоять из двух цифр. Первая из них означает начало участка, ну а вторая, соответственно, – конец.

В случае применения вертикальной системы нумерацию стояков следует проводить арабскими цифрами, следуя при этом по часовой стрелке.

Для определения протяженности всех участков трубопровода следует использовать предварительно составленную детальную план-смету. При ее  создании следует придерживаться точности 0,1 м. При этом тепловой поток участка, в котором происходят вычисления, равен тепловой нагрузке, отдаваемой теплоносителем в данном сегменте системы.

Показатели гидравлического расчета расчетного циркуляционного контура с учетом потерь давления на местные сопротивления на участках

Использование программ

В процессе моделирования новой постройки, наиболее рациональным является использование специальной программы, которая максимально точно определяет тепловые и гидравлические характеристики будущей отопительной системы. А можно использовать программу excel. При этом программа предоставляет такие данные:

• необходимый диаметр трубопровода;
• размер отопительных устройств;
• тип регулирования вентилей балансировки;
• уровень настройки регулировочных вентилей;
• уровень предварительного регулирования термостатических клапанов;
• настройку датчиков колебания давления в системе.

Конечно же, непосвященному пользователю будет крайне сложно провести самостоятельно расчет и гидравлическое испытание системы отопления. Наиболее правильным вариантом является обращение к специалисту, который имеет достаточный опыт в данной сфере. В случае, когда возможности привлечения профессионала нет, следует внимательно ознакомиться с методической литературой, в которой максимально детально описывается процесс проведения гидравлического расчета.

Теплообмен и гидравлическое сопротивление при сверхкритических давлениях в энергетике

Варианты заказа

• Формат

  Наличие

  Заказ №

  Цена

  Цена по прейскуранту

  Член Цена

• Книга для печати

  Доставка в течение 3-5 дней

  802523

  Список $155

  Участник $124

  $155

  $124

  Выбрать

  Выбрать

Описание

Оглавление

Описание

Предметы упаковки

Игорь Пиоро и Ромни Даффи

«У доктора Пиоро превосходная репутация. Доктор Даффи был лидером в атомной промышленности около трех десятилетий…» — — Якопо Буонджорно, Массачусетский технологический институт (MIT).

«Эта книга будет полезна инженерам и ученым, работающим с потоками сверхкритических флюидов… подобного текста на рынке нет.» — Виджай Чатургун, факультет машиностроения, Университет Манитобы.

«Меня впечатлило обилие данных и ссылок, приведенных авторами.» — Маан Х. Джавад, президент Global Engineering & Technology.

Машиностроение и ядерная инженерия в настоящее время работают над перспективными энергетическими установками, которые планируется реализовать в течение следующего десятилетия. Одной из таких концепций поколения IV является сверхкритический ядерный реактор с водяным охлаждением. Кроме того, в тепловой энергетике по всему миру уже работают сотни сверхкритических парогенераторов.

Конструкции этих систем снижают выбросы и снижают стоимость за счет достижения высокого термодинамического цикла и экономической эффективности, использования потоков естественной и принудительной циркуляции, а также оптимизации расположения и производительности теплообменника и турбины. Разработка, проектирование и успешная эксплуатация этих энергоблоков требуют знания теплообмена, перепада давления и термогидравлики при сверхкритических давлениях. Спрос на достоверную информацию высок, и до сих пор не опубликовано ни одной книги по этой теме.

В этой книге собраны и интегрированы результаты из более чем 500 последних источников мировых публикаций, посвященных теплообмену и гидравлическому сопротивлению жидкостей, протекающих в каналах различной геометрии при околокритических и сверхкритических давлениях. Эта книга представляет интерес для инженеров-атомщиков и машиностроителей как в промышленности, так и в научных кругах, занимающихся разработкой и проектированием реакторов нового поколения, а также инженеров и технологов, работающих в настоящее время со сверхкритическими парогенераторами и энергосистемами.

К этой книге прилагается бесплатный компакт-диск с полными ссылками, которые помогут читателям ориентироваться в огромном количестве предоставленного материала.

Оглавление

Предисловие

Благодарности

Символы и сокращения

Глоссарий и определения некоторых терминов 9

Глава 1. Введение

Глава 2. Физические свойства жидкостей в критических
и псевдокритических областях

Давление:
Обзор и состояние

Глава 4 Сверхкритический ядерный реактор с водяным охлаждением
Концепции реакторов: Обзор и состояние

Глава 5 Экспериментальный перенос тепла на
Вода при сверхкритическом давлении

Глава 6 Экспериментальная теплопередача в углерод
Диоксид при сверхкритическом давлении

Глава 7 Экспериментальная теплопередача в
Гелий при сверхкритическом давлении

Глава 8 Экспериментальная теплопередача в другие жидкости
при сверхкритическом давлении

Глава

Улучшение теплопередачи при сверхкритическом давлении

Глава 10 Экспериментальные установки, процедуры
и обработка данных при сверхкритическом давлении
Давление

Глава 11 Практические методы прогнозирования
Теплопередача при сверхкритическом давлении
Давление

Глава 12 Гидравлическое сопротивление

Глава 13 Аналитические подходы к оценке
Теплопередача и гидравлическое сопротивление
при околокритическом и сверхкритическом давлении Стабильность потока при околокритическом
и сверхкритическом давлении

Глава 15 Другие проблемы, связанные с
сверхкритическим давлением

Резюме главы 16

Приложение A: Книги и обзорные статьи

Приложение B: Теплофизические свойства диоксида углерода
, R-134a и гелия вблизи
критических и псевдокритических точек Учреждение

Приложение D: Образец анализа неопределенностей

Приложение E: Некоторые экспериментальные особенности
Различные установки сверхкритического давления

Ссылки

Электрический нагрев сопротивлением | Министерство энергетики

Энергосбережение

Изображение

Нагрев электрическим сопротивлением на 100% энергоэффективен в том смысле, что вся поступающая электрическая энергия преобразуется в тепло. Однако большая часть электроэнергии производится с помощью угольных, газовых или масляных генераторов, которые преобразуют только около 30% энергии топлива в электричество. Из-за потерь при производстве и передаче электроэнергии электрическое тепло зачастую дороже, чем тепло, производимое в домах или на предприятиях, где используются приборы для сжигания топлива.

Если электричество является единственным выбором, тепловые насосы предпочтительнее в большинстве климатических условий, поскольку они легко сокращают потребление электроэнергии на 50 % по сравнению с электрическим обогревом. Могут быть некоторые исключения, например, в климате с таким небольшим количеством отопительных дней, что стоимость обогрева электрическим сопротивлением незначительна.

Электрическое отопление сопротивлением также может иметь смысл для пристройки к дому, если нецелесообразно расширять существующую систему отопления для подачи тепла в новую пристройку.

Типы электрических нагревателей сопротивления

Нагрев электрическим сопротивлением может подаваться от централизованных электропечей с принудительной подачей воздуха или от обогревателей в каждом помещении. Комнатные обогреватели могут состоять из электрических плинтусных обогревателей, электрических настенных обогревателей, электрических обогревателей или электрических обогревателей.

Электрические печи

Эксплуатация электрических печей дороже, чем других систем электрического сопротивления, из-за потерь тепла в воздуховодах и дополнительной энергии, необходимой для распределения нагретого воздуха по всему дому (что характерно для любой системы отопления, в которой для распределения используются воздуховоды). Нагретый воздух подается по всему дому по приточным каналам и возвращается в топку по обратным каналам. Если эти воздуховоды проходят через неотапливаемые помещения, они теряют часть своего тепла за счет утечки воздуха, а также излучения и конвекции с поверхности воздуховода.

Вентиляторы (большие вентиляторы) в электрических печах перемещают воздух через пакет из трех-семи катушек электрического сопротивления, называемых элементами, каждая из которых обычно имеет номинальную мощность пять киловатт. Нагревательные элементы печи включаются поэтапно, чтобы не перегружать электрическую систему дома. Встроенный термостат, называемый ограничителем, предотвращает перегрев. Этот ограничитель может отключить печь, если вентилятор выйдет из строя или если грязный фильтр блокирует поток воздуха.

Как и в случае любой печи, важно очищать или заменять фильтры печи в соответствии с рекомендациями производителя, чтобы система работала с максимальной эффективностью.

Электрические плинтусные обогреватели

Электрические плинтусные обогреватели представляют собой зональные обогреватели, управляемые термостатами, расположенными в каждой комнате. Плинтусные обогреватели содержат электрические нагревательные элементы, заключенные в металлические трубы. Трубы, окруженные алюминиевыми ребрами для облегчения теплопередачи, проходят по всей длине корпуса нагревателя плинтуса или шкафа. Когда воздух внутри обогревателя нагревается, он поднимается в комнату, а более холодный воздух втягивается в нижнюю часть обогревателя. Некоторое количество тепла также излучается трубой, ребрами и корпусом.

Плинтусные обогреватели обычно устанавливаются под окнами. Там поднимающийся теплый воздух противодействует падающему прохладному воздуху из холодного оконного стекла. Плинтусные обогреватели редко размещают на внутренних стенах, потому что стандартная практика обогрева заключается в подаче тепла по периметру дома, где происходят самые большие потери тепла.

Плинтусные обогреватели должны располагаться не менее чем на три четверти дюйма (1,9 сантиметра) над полом или ковром. Это делается для того, чтобы более холодный воздух на полу проходил под ребрами радиатора и через них, чтобы его можно было нагреть. Утеплитель также должен плотно прилегать к стене, чтобы теплый воздух не проходил за ним и не испачкал стену частицами пыли.

Качество плинтусных обогревателей значительно различается. Более дешевые модели могут быть шумными и часто плохо контролируют температуру. Ищите этикетки от Underwriter’s Laboratories (UL) и Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA). Сравните гарантии различных моделей, которые вы рассматриваете.

Электрические настенные обогреватели

Электрические настенные обогреватели состоят из электрического элемента с отражателем позади него для отражения тепла в помещение и, как правило, вентилятора для перемещения воздуха через обогреватель. Обычно они устанавливаются на внутренних стенах, поскольку установка на наружной стене затрудняет изоляцию.

Системы контроля

Все типы электронагрева контролируются термостатом. В плинтусных нагревателях часто используется термостат сетевого напряжения (термостат напрямую регулирует мощность, подаваемую на нагревательное устройство), в то время как в других устройствах используются термостаты низкого напряжения (термостат использует реле для включения и выключения устройства). Термостаты сетевого напряжения могут быть встроены в нагреватель плинтуса, однако они часто не точно определяют температуру в помещении. Вместо этого лучше использовать удаленный сетевой или низковольтный термостат, установленный на внутренней стене. Доступны как сетевые, так и низковольтные термостаты в виде программируемых термостатов для автоматического снижения температуры ночью или во время вашего отсутствия.

Плинтусные обогреватели подают тепло в каждую комнату индивидуально, поэтому они идеально подходят для зонального отопления, которое включает в себя обогрев занятых комнат в вашем доме, позволяя нежилым помещениям (например, пустым комнатам для гостей или редко используемым комнатам) оставаться более прохладными. Зональное отопление может обеспечить экономию энергии более чем на 20% по сравнению с обогревом всей площади вашего дома.

Зональный обогрев наиболее эффективен, когда более холодные части вашего дома изолированы от нагретых частей, что позволяет различным зонам работать независимо друг от друга. Обратите внимание, что более прохладные части вашего дома по-прежнему должны нагреваться до температуры значительно выше нуля, чтобы избежать замерзания труб.