Calculul hidraulic al sistemului de încălzire pe un exemplu concret

Încălzirea pe baza circulației apei calde – cea mai răspândită variantă de amenajare a unei case private. Pentru o dezvoltare corectă a sistemului, este necesar să aveți rezultate preliminare ale analizei, așa-numitul calcul hidraulic al sistemului de încălzire, care corelează presiunea pe toate secțiunile rețelei cu diametrele țevilor.

În articolul prezentat este descrisă în detaliu metodologia de calcul. Pentru a înțelege mai bine algoritmul acțiunilor, am examinat ordinea de calcul pe un exemplu concret.

Respectând succesiunea descrisă, se va putea determina diametrul optim al magistralei, numărul de aparate de încălzire, puterea cazanului și ceilalți parametri ai sistemului necesari pentru amenajarea unei alimentări individuale eficiente cu căldură.

Noțiunea de calcul hidraulic

Factorul determinant al dezvoltării tehnologice a sistemelor de încălzire a devenit economia obișnuită la purtătorul de energie. Dorința de a economisi ne obligă să abordăm mai atent proiectarea, alegerea materialelor, a metodelor de montaj și exploatare a încălzirii locuinței.

Prin urmare, dacă ați decis să creați un sistem de încălzire unic și, în primul rând, economic pentru apartamentul sau casa dumneavoastră, atunci vă recomandăm să vă familiarizați cu regulile de calcul și proiectare.

Înainte de a defini calculul hidraulic al sistemului, trebuie să înțelegeți clar și precis că sistemul individual de încălzire al apartamentului și al casei este situat, condiționat, cu un ordin de mărime mai sus față de sistemul central de încălzire al unei clădiri mari.

Sistemul personal de încălzire se bazează pe o abordare fundamental diferită a conceptelor de căldură și resursă energetică.

Esența calculului hidraulic constă în faptul că debitul agentului termic nu este stabilit în prealabil cu o aproximare semnificativă a parametrilor reali, ci este determinat prin corelarea diametrelor conductelor cu parametrii de presiune din toate inelele sistemului.

Este suficient să se facă o comparație trivială a acestor sisteme după următorii parametri.

1. Sistemul central de încălzire (cazan-clădire-apartament) se bazează pe tipurile standard de purtători de energie – cărbune, gaz. Într-un sistem autonom, se poate utiliza practic orice substanță care are o putere calorică specifică ridicată, sau o combinație de mai multe materiale lichide, solide, granulare.
2. Sistemul central de încălzire este construit din elemente obișnuite: țevi metalice, radiatoare “rudimentare”, armături de închidere. Sistemul individual de încălzire permite combinarea celor mai diverse elemente: radiatoare cu mai multe secțiuni cu o bună degajare de căldură, termostate de înaltă tehnologie, diferite tipuri de țevi (PVC și cupru), robinete, dopuri, fittinguri și, desigur, propriile cazane mai economice, pompe de circulație.
3. Dacă intrați într-un apartament dintr-o clădire tipică cu panouri, construită acum 20-40 de ani, vedem că sistemul de încălzire se reduce la prezența unui radiator cu 7 secțiuni sub fereastră în fiecare cameră a apartamentului, plus o țeavă verticală prin întreaga clădire (coloană) cu ajutorul căreia se poate “comunica” cu vecinii de sus/jos. Este cu totul altceva sistemul autonom de încălzire (SAÎ) – permite construirea unui sistem de orice complexitate, ținând cont de dorințele individuale ale locatarilor apartamentului.
4. Spre deosebire de sistemul central de încălzire, sistemul individual de încălzire ia în considerare o listă destul de impresionantă de parametri care influențează transferul, consumul de energie și pierderile de căldură: regimul de temperatură al mediului înconjurător, intervalul de temperatură necesar în încăperi, suprafața și volumul încăperii, numărul de ferestre și uși, destinația încăperilor etc.

Astfel, calculul hidraulic al sistemului de încălzire (GRSO) – este un set convențional de caracteristici calculate ale sistemului de încălzire, care oferă informații exhaustive despre parametri precum diametrul țevilor, numărul de radiatoare și al vanelor.

Acest tip de radiatoare era instalat în majoritatea blocurilor de apartamente din spațiul postsovietic. Economia de materiale și lipsa unei idei de design sunt “evidente”.

GRSO permite alegerea corectă a pompei cu inel de apă (a cazanului de încălzire) pentru transportul apei calde către elementele finale ale sistemului de încălzire (radiatoare) și, în cele din urmă, să aibă un sistem cât mai echilibrat, ceea ce influențează direct investițiile financiare în partea de încălzire a locuinței.

Încă un tip de radiator de încălzire pentru sistemul centralizat de încălzire. Acesta este un produs mai versatil, care poate avea orice număr de aripioare. Astfel se poate mări sau micșora suprafața de schimb termic.

Succesiunea pașilor de calcul

Vorbind despre calculul sistemului de încălzire, remarcăm că această procedură este cea mai ambiguă și importantă în partea de proiectare.

Înainte de efectuarea calculului, trebuie efectuată o analiză preliminară a viitorului sistem, de exemplu:

• stabili bilanțul termic în toate, și în mod specific în fiecare cameră a apartamentului;
• selecta termoregulatoare, ventile și regulatoare de presiune;
• determina sectoarele sistemului cu debit maxim și minim al agentului termic;

În plus, trebuie determinată schema generală de transport a agentului termic: circuitul complet și circuitul mic, sistemul monotub sau magistrala bitub.

În urma efectuării calculului hidraulic, obținem câteva caracteristici importante ale sistemului hidraulic, care oferă răspunsuri la următoarele întrebări:

• care trebuie să fie puterea sursei de încălzire;
• care este debitul și viteza agentului termic;
• care este diametrul necesar al magistralei principale a conductei termice;
• care sunt pierderile posibile de căldură și de masă a agentului termic.

Un alt aspect important al calculului hidraulic este procedura de echilibrare (legare) a tuturor părților (ramurilor) sistemului în timpul regimurilor termice extreme cu ajutorul dispozitivelor de reglare.

Se disting câteva tipuri principale de produse de încălzire: radiatoare multisecționale din fontă și aluminiu, radiatoare panel din oțel, radiatoare bimetalice și convectoare. Dar cele mai răspândite sunt radiatoarele multisecționale din aluminiu.

Zona de calcul a magistralei de conducte este sectorul cu diametrul constant al magistralei în sine, precum și cu debitul neschimbat de apă caldă, care este determinat conform formulei bilanțului termic al camerelor. Enumerarea zonelor de calcul începe de la pompă sau de la sursa de căldură.

Condițiile inițiale ale exemplului

Pentru o explicație mai concretă a tuturor detaliilor calculului hidraulic, să luăm un exemplu concret de locuință obișnuită. Avem un apartament clasic cu 2 camere într-o casă de panouri, cu o suprafață totală de 65,54 m², care include două camere, bucătărie, toaletă și baie separate, coridor dublu, balcon dublu.

După darea în exploatare, am primit următoarele informații privind starea de finisare a apartamentului. Apartamentul descris include pereți din construcții monolit de beton armat, tratați cu chit și grund, ferestre din profil cu geamuri termopan, uși interioare din PAL presat, gresie pe podeaua băii.

O casă tipică de panouri cu 9 etaje și patru intrări. La fiecare etaj sunt câte 3 apartamente: unul cu 2 camere și două cu 3 camere. Apartamentul este situat la etajul al cincilea.

În plus, locuința prezentată este deja dotată cu instalații electrice din cupru, distribuitoare și un tablou separat, aragaz, cadă, chiuvetă, vas de toaletă, prosop electric, chiuvetă de bucătărie.

Și cel mai important, în camerele de locuit, baie și bucătărie există deja radiatoare de încălzire din aluminiu. Problema privind țevile și centrala termică rămâne deschisă.

Cum se realizează colectarea datelor

Calculul hidraulic al sistemului se bazează în mare parte pe calcule legate de calculul încălzirii în funcție de suprafața încăperii.

Prin urmare, este necesar să avem următoarele informații:

• suprafața fiecărei încăperi în parte;
• dimensiunile deschiderilor de ferestre și uși (ușile interioare nu influențează practic pierderile de căldură);
• condițiile climatice, particularitățile regiunii.

Vom porni de la următoarele date. Suprafața camerei de zi – 18,83 m², dormitorul – 14,86 m², bucătăria – 10,46 m², balconul – 7,83 m² (suma), coridorul – 9,72 m² (suma), baia – 3,60 m², toaleta – 1,5 m². Ușa de intrare – 2,20 m², vitraliul camerei de zi – 8,1 m², fereastra dormitorului – 1,96 m², fereastra bucătăriei – 1,96 m².

Înălțimea pereților apartamentului – 2 metri 70 cm. Pereții exteriori sunt fabricați din beton clasa B7 plus tencuială interioară, cu grosimea de 300 mm. Pereții interiori și despărțitori – portanți 120 mm, obișnuiți – 80 mm. Podeaua și, respectiv, tavanul sunt din plăci de beton de planșeu clasa B15, cu grosimea de 200 mm.

Planul apartamentului oferă posibilitatea de a crea o singură ramură de încălzire care trece prin bucătărie, dormitor și camera de zi, asigurând o temperatură medie de 20-22⁰C în încăperi (+

În ce privește mediul înconjurător? Apartamentul se află într-o casă situată în mijlocul unui microcartier dintr-un oraș mic. Orașul este situat într-o depresiune, altitudinea de 130-150 m deasupra nivelului mării. Clima este temperat continentală, cu iarnă răcoroasă și vară destul de călduroasă.

Temperatura medie anuală: +7,6°C. Temperatura medie în ianuarie: -6,6°C, în iulie: +18,7°C. Vânt: 3,5 m/s, umiditatea aerului medie: 74%, cantitatea de precipitații: 569 mm.

Analizând condițiile climatice ale regiunii, trebuie remarcat că avem de-a face cu o variație mare de temperaturi, ceea ce, la rândul său, influențează cerințele speciale de reglare a sistemului de încălzire al apartamentului.

Puterea generatorului de căldură

Unul dintre componentele principale ale sistemului de încălzire este cazanul: electric, pe gaz, mixt – în această etapă nu contează. Deoarece importantă este caracteristica sa principală – puterea, adică cantitatea de energie pe unitatea de timp care va fi folosită pentru încălzire.

Puterea cazanului se determină prin formula de mai jos:

Wcazan = (Sîncăpere * Wspecifică) / 10,

unde:

• Sîncăpere – suma suprafețelor tuturor camerelor care necesită încălzire;
• Wspecifică – puterea specifică ținând cont de condițiile climatice ale locației (iată de ce a fost necesar să cunoaștem clima regiunii).

Ceea ce este caracteristic, pentru diferite zone climatice avem următoarele date:

• regiunile nordice – 1,5 – 2 kW/m²;
• zona centrală – 1 – 1,5 kW/m²;
• regiunile sudice – 0,6 – 1 kW/m².

Aceste cifre sunt suficient de relative, dar oferă totuși un răspuns numeric clar privind influența mediului asupra sistemului de încălzire al apartamentului.

Pe această hartă sunt prezentate zonele climatice cu diferite regimuri de temperatură. De localizarea locuinței în raport cu zona depinde câtă energie trebuie cheltuită pentru încălzirea unui metru pătrat (kW) (+)

Suprafața totală a apartamentului care trebuie încălzită este egală cu suprafața totală a apartamentului, adică 65,54-1,80-6,03=57,71 m2 (minus balcon). Puterea specifică a cazanului pentru regiunea centrală cu iarnă rece este de 1,4 kW/m2. Astfel, în exemplul nostru, puterea calculată a cazanului de încălzire este echivalentă cu 8,08 kW.

Parametrii dinamici ai agentului termic

Trecem la următoarea etapă a calculelor – analiza consumului de agent termic. În majoritatea cazurilor, sistemul de încălzire al apartamentului diferă de alte sisteme – aceasta este legat de numărul de panouri de încălzire și de lungimea conductei. Presiunea este utilizată ca o forță motrice suplimentară a fluxului pe verticală în sistem.

În casele private cu unul sau mai multe etaje, în blocurile vechi de apartamente din panouri, se utilizează sisteme de încălzire cu presiune înaltă, ceea ce permite transportarea agentului termic în toate zonele sistemului de încălzire ramificat, cu multiple inele, și ridicarea apei la înălțimea clădirii (până la etajul 14).

Dimpotrivă, un apartament obișnuit cu 2 sau 3 camere, cu încălzire autonomă, nu are o asemenea diversitate de inele și ramuri ale sistemului; acesta include cel mult trei circuite.

Așadar, transportul agentului termic are loc prin procesul natural de curgere a apei. Dar se pot folosi, de asemenea, pompe de circulație, iar încălzirea este asigurată de un cazan pe gaz/electric.

Recomandăm utilizarea unei pompe de circulație pentru încălzirea încăperilor de peste 100 m². Montarea pompei se poate face atât înainte, cât și după cazan, dar de obicei se instalează pe “retur” – temperatura agentului este mai scăzută, aerisirea este mai redusă, iar durata de viață a pompei este mai mare.

Specialiștii în proiectarea și instalarea sistemelor de încălzire definesc două abordări principale privind calculul volumului de agent termic:

1. În funcție de capacitatea reală a sistemului. Se însumează fără excepție toate volumele cavităților prin care va curge apa caldă: suma tronsoanelor individuale de conducte, secțiunilor de radiatoare etc. Dar aceasta este o opțiune destul de laborioasă.
2. În funcție de puterea cazanului. Aici părerile specialiștilor sunt foarte divergente: unii spun 10, alții 15 litri per unitate de putere a cazanului.

Din punct de vedere pragmatic, trebuie să se țină cont de faptul că, probabil, sistemul de încălzire nu va furniza doar apă caldă pentru cameră, ci va încălzi și apa pentru baie/duș, lavoar, chiuvetă și uscător, poate chiar pentru hidromasaj sau jacuzzi. Această variantă este mai simplă.

Prin urmare, în acest caz recomandăm să se instaleze 13,5 litri per unitate de putere. Înmulțind acest număr cu puterea cazanului (8,08 kW), obținem volumul calculat al masei de apă – 109,08 l.

Viteza calculată a agentului termic în sistem este exact parametrul care permite alegerea unui diametru specific al conductei pentru sistemul de încălzire.

Se calculează cu următoarea formulă:

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

unde:

• W – puterea cazanului;
• t – temperatura apei furnizate;
• to – temperatura apei în circuitul de retur;
• k – randamentul cazanului (0,95 pentru cazan pe gaz).

Înlocuind datele calculate în formulă, obținem: (0.86 * 8080 * 0.95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h. Astfel, într-o oră, în sistem se deplasează 330 l de agent termic (apă), iar capacitatea sistemului este de aproximativ 110 l.

Determinarea diametrului țevilor

Pentru determinarea finală a diametrului și grosimii conductelor de încălzire, rămâne de discutat problema pierderilor de căldură.

Cantitatea maximă de căldură iese din încăpere prin pereți – până la 40%, prin ferestre – 15%, podea – 10%, tot restul prin tavan/acoperiș. Pentru un apartament, pierderile sunt caracteristice în principal prin ferestre și modulele de balcon

Există mai multe tipuri de pierderi de căldură în încăperile încălzite:

1. Pierderile de presiune a fluxului în conductă. Acest parametru este direct proporțional cu produsul dintre pierderea specifică prin frecare în interiorul conductei (furnizată de producător) și lungimea totală a conductei. Dar, având în vedere sarcina actuală, astfel de pierderi pot fi ignorate.
2. Pierderile de presiune pe rezistențele locale ale conductelor – costurile de căldură la fittinguri și în interiorul echipamentelor. Dar, având în vedere condițiile sarcinii, un număr mic de coturi de fittinguri și numărul de radiatoare, astfel de pierderi pot fi neglijate.
3. Pierderile de căldură în funcție de amplasarea apartamentului. Există un alt tip de costuri termice, dar ele sunt mai mult legate de amplasarea încăperii în raport cu restul clădirii. Pentru un apartament obișnuit, care se află în mijlocul casei și se învecinează la stânga/dreapta/sus/jos cu alte apartamente, pierderile de căldură prin pereții laterali, tavan și podea sunt practic egale cu “0”.

În calcul se pot lua doar pierderile prin partea frontală a apartamentului – balconul și fereastra centrală a camerei comune. Dar această problemă este rezolvată prin adăugarea a 2-3 secțiuni la fiecare dintre radiatoare.

Valoarea diametrului conductelor se selectează în funcție de debitul agentului termic și de viteza de circulație a acestuia în magistrala de încălzire

Analizând informațiile prezentate mai sus, merită menționat că pentru viteza calculată a apei calde în sistemul de încălzire, este cunoscută viteza tabelară de deplasare a particulelor de apă față de peretele conductei în poziție orizontală de 0,3-0,7 m/s.

În ajutorul maistrului, prezentăm așa-numita listă de verificare a efectuării calculelor pentru un calcul hidraulic tipic al sistemului de încălzire:

• colectarea datelor și calculul puterii cazanului;
• volumul și viteza agentului termic;
• pierderile de căldură și diametrul conductelor.

Uneori, la calcul, se poate obține un diametru suficient de mare al conductei pentru a acoperi volumul calculat al agentului termic. Această problemă poate fi rezolvată prin creșterea capacității cazanului sau prin adăugarea unui vas de expansiune suplimentar.

Pe site-ul nostru există un bloc de articole dedicate calculului sistemului de încălzire, vă recomandăm să le consultați:

1. Calculul termic al sistemului de încălzire: cum să faceți corect calculul sarcinii pe sistem
2. Calculul încălzirii cu apă: formule, reguli, exemple de execuție
3. Calculul termotehnic al clădirii: specificații și formule de efectuare a calculelor + exemple practice

Concluzii și material video util pe această temă

Caracteristicile, avantajele și dezavantajele sistemelor naturale și forțate de circulație a agentului termic pentru sistemele de încălzire:

Rezumând calculele hidraulice, am obținut caracteristici fizice concrete ale viitorului sistem de încălzire.

Desigur, aceasta este o schemă simplificată de calcul, care oferă date aproximative privind calculul hidraulic pentru sistemul de încălzire al unui apartament tipic cu două camere.

Încercați să efectuați singur calculul hidraulic al sistemului de încălzire? Sau poate nu sunteți de acord cu materialul prezentat? Așteptăm comentariile și întrebările dumneavoastră – blocul pentru feedback este situat mai jos.