Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией
Расчет диаметра трубы для системы без насоса основан на разнице температуры и давления теплоносителя на входе от котла и в обратной магистрали
Важно учитывать, что жидкость движется по трубам посредством естественной силы гравитации, усиленной напором разогретой воды. В этом случае котел размещают внизу, а радиаторы – много выше уровня нагревательного прибора
Движение теплоносителя подчиняется законам физики: более плотная холодная вода спускается вниз, уступая место горячей. Так осуществляется естественная циркуляция в системе отопления.
Как выбрать диаметр магистрали для отопления с естественной циркуляцией
В отличие от систем с принудительной циркуляцией, для естественного оборота воды потребуется габаритное сечение трубы. Чем больший объем жидкости будет циркулировать по трубам, тем больше теплоэнергии поступит в помещения в единицу времени вследствие увеличения скорости и давления теплоносителя. С другой стороны, повышенный объем воды в системе потребует больше топлива для разогрева.
Для системы с естественным движением теплоносителя оптимальное значение скорости потока 0,4-0,6 м/с. Этому исходнику соответствуют min значения сопротивлений фитингов, изгибов трубопровода.
Расчет давления в системе с естественной циркуляцией
Разница давления между точкой входа и обраткой для системы естественной циркуляции определяется по формуле:
Δpt= h•g•(ρот – ρпт),
где h – высота подъема воды от котла, м;
g – ускорение падения, g=9,81 м/с2;
ρот – плотность воды в обратке;
ρпт – плотность жидкости в подающей трубе.
Так как главной движущей силой в системе отопления с естественным оборотом является сила тяжести, создаваемая перепадом уровней подвода воды к радиатору и от него, то очевидно, что котел будет находиться значительно ниже (например, в подвале дома).
Нужно обязательно выполнять уклон от точки входа у котла и до конца ряда радиаторов. Уклон — не менее 0,5 промиле (или 1 см на каждый погонный метр магистрали).
Расчет диаметра трубы в системе с естественным оборотом
Расчет диаметра трубопровода в системе обогрева с естественной циркуляцией выполняется по той же формуле, что и для отопления с насосом. Выбирается диаметр исходя из полученных минимальных значений потерь. То есть в исходную формулу подставляют сначала одно значение сечения, проверяют на сопротивление системы. Затем второе, третье и далее значения. Так до момента, пока рассчитанный диаметр не будет удовлетворять условиям.
Установка и разводка системы — монтаж
Для возведения отопительного контура в частном доме нужно учесть некоторые детали. Существуют разные схемы разводки системы
Важно, выбрать и спроектировать наиболее оптимальный вариант. Циркуляция носителя бывает естественной и принудительной
В некоторых случаях удобен первый вариант, в других — второй.
Естественная циркуляция происходит за счет изменения плотности жидкости. Горячий носитель характеризуется меньшим показателем плотности. Вода, направляющаяся по обратному пути, более плотная. Таким образом нагретая жидкость поднимается по стояку и двигается по горизонтальным магистралям. Они монтируются под небольшим углом, составляющем не более пяти градусов. Уклон позволяет перемещаться носителю методом самотека.
Схема отопления, работающая на основе естественного циркулирования, считается самой простой. Для выполнения ее монтажа не нужно обладать высокой квалификацией. Но она подходит только для зданий небольшой площади. Длина магистрали в этом случае не должна превышать тридцать метров. Из минусов этой схемы можно выделить низкое давление внутри системы и необходимость применять каналы значительного сечения.
Принудительная циркуляция подразумевает наличие специального циркуляционного насоса. Его функция — обеспечивать перемещение носителя по магистрали. При реализации схемы с принудительным движением жидкости не нужно создавать наклона контура. Из ее недостатков можно выделить энергетическую зависимость системы. Если произойдет отключение электричества, движение носителя в системе будет затруднено. Поэтому желательно, чтобы в доме присутствовал собственный генератор.
Разводка бывает:
- Однотрубной.
- Двухтрубной.
Первый вариант реализуется через последовательное протекание носителя через все радиаторы. Такая схема является экономной. Для ее реализации потребуется минимальное число труб и фасонных частей к ним.
Для этого нужно воспользоваться так называемой «Ленинградской» схемой разводки.
Она подразумевает монтаж обходных труб и запорной арматуры на каждом радиаторе. Такой принцип позволяет обеспечить бесперебойную циркуляцию носителя при отсечении какой-либо батарее.
Установка двухтрубной схема отопления в частном доме заключается в подключении к каждому радиатору обратного и прямого тока. Это увеличивает расход каналов примерно в два раза. Но реализация этого варианта позволяет регулировать теплоотдачу в каждой батарее. Таким образом, будет возможность отрегулировать температурный режим в каждом отдельно взятом помещении.
Двухтрубная разводка бывает нескольких видов:
- нижняя вертикальная;
- верхняя вертикальная;
- горизонтальная.
Нижняя вертикальная разводка подразумевает пуск по полу нижнего этаже здания или его подвалу подающий контур. Затем от основной магистрали по стоякам носитель идет вверх попадает в радиаторы. От каждого прибора идет «обратка», доставляющая остывшую жидкость к котлу. Реализуя эту схему, нужно установить расширительный бак. Также есть необходимость в монтаже на всех приборах отопления, находящихся на верхних этажах, кранов Маевского.
Верхняя вертикальная разводка устроена иначе. От отопительного агрегата жидкость идет на чердак. Далее носитель движется вниз через несколько стояков. Он идет через все радиаторы и возвращается в агрегат по магистральному контуру. Чтобы удалять из это системы воздух нужен расширительный бак. Эта схема более эффективная, чем предыдущая. Поскольку внутри системы присутствует более высокий показатель давления.
Горизонтальная схема разводки двухтрубного типа с принудительной циркуляцией наиболее популярная.
Она бывает трех разновидностей:
- с лучевым распределением (1);
- с попутным перемещением жидкости (2);
- тупиковой (3).
Вариант с лучевым распределением состоит в соединении каждой батареи с котлом. Такой принцип работы наиболее удобный. Тепло равномерно распределяется во всех помещениях.
Вариант с попутным движением жидкости довольно удобный. Все магистрали, идущие к радиаторам обладают равной длиной. Регулировка такой системы достаточно простая и удобная. Для монтажа данной разводки нужно приобрести значительное количество каналов.
Последний вариант реализовывается путем использования небольшого числа каналов. Минус — значительная длина контура от дальней батарее, что усложняет регулировку функционирования системы.
Материал изготовления труб отопления
Конструкция полимерных труб
Помимо правильного выбора диаметров трубы для теплоснабжения нужно знать характеристики их материала изготовления. Это скажется на тепловых потерях системы, а также на трудоемкости монтажа.
Следует помнить, что расчет диаметров отопительных труб выполняется только после выбора материала их изготовления. В настоящее время для комплектации систем теплоснабжения применяют несколько типов трубопроводов:
- Полимерные. Они изготавливаются из полипропилена или сшитого полиэтилена. Отличие заключается в дополнительных компонентах, добавляемых в процессе производства. После выполнения расчёта диаметра полипропиленовых труб для теплоснабжения нужно правильно подобрать толщину их стенки. Она варьируется от 1,8 до 3 мм в зависимости от параметров максимального давления в магистралях;
- Стальные. До недавнего времени это был самый распространенный вариант обустройства отопления. Несмотря на свои более чем хорошие прочностные характеристики стальные трубы имеют ряд существенных недостатков – сложный монтаж, постепенное ржавление поверхности и повышенная шероховатость. В качестве альтернативы можно применять трубы, изготовленные из нержавеющей стали. Одна их стоимость на порядок выше «черных»;
- Медные. По техническим и эксплуатационным характеристикам медные трубопроводы являются оптимальным вариантом. Они характеризуются достаточным растяжением, т.е. если в них замерзнет вода – труба некоторое время будет расширяться без потери герметичности. Недостаток – высокая стоимость.
В видеоматериале можно ознакомиться с примером расчета диаметра труб в зависимости от оптимальной скорости потока теплоносителя:
Подбор диаметра труб, что будет если не правильно выбрать?
Занимаясь проектированием отопительной схемы, нужно максимально снизить возможные потери тепла, чтобы уменьшить энергетические затраты. Некорректно созданная система работает неэффективно. Температура в помещении не станет больше, а энергетические расходы будут избыточными.
При создании отопительных контуров учитывают не только химические свойства материалов изготовления каналов, но и показатель их диаметра. Этот показатель играет важнейшую роль. От него зависит насколько эффективно будет работать система. Сечение каналов сильно влияет на гидродинамику. Его выбору нужно уделить достаточно внимания.
Бытует мнение, что чем значительнее сечение каналов, тем лучше циркулирует носитель в них. Однако, это совершенно не так. Чрезмерный размер диаметра труб, подключаемых к газовым или электрическим котлам, ведет к снижению давления в системе. В результате радиаторы не получают достаточного объема тепла.
Автономная система отопление может иметь различные схемы. Выбор показателя сечения каналов напрямую зависит от них. Габариты конструкций для систем с естественным типом циркуляции носителя различается от вариантов на основе применения насосов.
Сравнение однотрубной и двухтрубной систем
Мы уже выяснили, как рассчитать трубы для отопления, и какой диаметр нужен для обоих видов систем. Для закрытых контуров, при площади помещения от 120 м 2. этот показатель составляет 32 мм для полипропилена. При этом условный проход для изделий с номинальным давление 20 и 25 атмосфер составляет 21,2 мм. Для изделий с номинальным давлением 10 атмосфер условный проход составляет 20,4 мм, а наружный диаметр 25 мм.
- КПД – однозначно, «попутки» эффективнее обогревают помещение, чем однотрубные;
- экономия средств – все, что можно сэкономить на «Ленинградке» это какой-то отрезок контура и все.
Количество тройников будет одинаковым, кранов тоже, а вот переходников, возможно, потребуется больше. Представьте контур, от которого с небольшим промежутком отходит два патрубка. Один из них идет на вход в радиатор, а второй возвращает теплоноситель обратно в систему. Получается что отрезок между патрубками – это байпас. Чтобы циркуляция в батарее была лучше, байпас нужно сделать меньшего диаметра, чем основной контур отопления. Из этого следует, что потребуется еще пара единиц фурнитуры. Получается, что меньше тратим денег на трубы и больше на фурнитуру, в итоге экономии никакой, при этом КПД ниже.
В итоге, из этого можно сделать вывод, что рассказы о том, какая хорошая и дешевая однотрубная система отопления просто несостоятельны.
Интересное по теме:
- Как сделать печь длительного горения
- Какое должно быть давление в расширительном б.
- Применение коробов в системе отопления
- Описание газового котла Будерус
Как вам статья?
Мне нравитсяНе нравится
Расчет отопительного коллектора и монтажных гильз
Вышеописанная технология вычислений может быть применена для всех видов теплоснабжения – однотрубного, двухтрубного и коллекторного. Однако для последнего необходимо сделать правильный расчет диаметра коллектора отопления. Этот элемент отопления необходим для распределения теплоносителя по нескольким контурам. При этом расчет правильного диаметра коллектора отопления неразрывно связан с вычислением оптимального сечения трубопровода. Это следующий этап проектирования системы теплоснабжения.
Схема расчета коллектора
Для вычисления диаметра отопительного коллектора необходимо сначала рассчитать сечение труб по вышеописанной схеме. Затем можно воспользоваться достаточно простой формулой:
При определении высоты и оптимального расстояния между патрубками применяется принцип «трех диаметров». Согласно ему удаленность труб на конструкции должна составлять 6 радиусов каждой. Общий диаметр отопительного коллектора также равен этому значению.
Гильза для монтажа труб отопления
Но кроме этого компонента системы нередко приходится применять дополнительные. Как узнать диаметр гильзы для труб отопления? Только выполнив предварительный расчет сечения магистралей. Кроме этого нужно учитывать толщину стен и материал их изготовления. От этого будет зависеть конструкция гильзы, степень ее теплоизоляции.
На значение диаметра гильзы для труб отопления влияет материал изготовления стены, а также трубы
Важно учитывать возможную степень расширения при нагреве поверхности. Если диаметры пластиковых труб теплоснабжения составляют 20 мм, то такой же параметр у гильзы должен быть не менее 24 мм. Монтаж гильзы необходимо делать на цементный раствор или аналогичный ему негорючий материал
Монтаж гильзы необходимо делать на цементный раствор или аналогичный ему негорючий материал.
Параметры подбора диаметра трубы
В первую очередь нужно учитывать, что правила выбора труб для различных отопительных схем существенно отличаются.
Если подключение системы обогрева будет проводиться к центральной отопительной магистрали, то диаметр трубы рассчитывается аналогично квартирным отопительным системам .
Если же планируется автономное отопление, то диаметр здесь может быть отличен в зависимости от того будет ли система работать с помощью циркуляционного насоса. либо же путем естественной циркуляции .
В том числе на выбор влияют:
- Материал изготовления трубы
- Тип теплоносителя
- Специфика разводки отопительной системы
- Предполагаемое давление воды
- Скорость течения воды в системе
Проводя расчеты диаметра трубопровода, следует изначально учесть из какого типа труб будет проводиться монтаж. Это необходимо, поскольку система измерения и маркировки труб различается исходя из материала, из которого она изготовлена. Как правило, трубы из стали и чугуна маркируются из расчета внутреннего диаметра, а пластиковые и медные трубы по наружному сечению. Это является особо важным фактором, если планируется монтаж трубопровода в комбинации нескольких материалов.
В идеале стоит доверить процедуру расчета специалисту, однако, если у вас нет такой возможности или просто есть желание, то можно вполне справиться самостоятельно.
