Càlcul hidràulic d'un sistema de calefacció utilitzant un exemple concret

La calefacció a partir de la circulació d'aigua calenta és l'opció més habitual per arreglar un habitatge particular.Per al desenvolupament competent del sistema, és necessari disposar de resultats d'anàlisi preliminars, l'anomenat càlcul hidràulic del sistema de calefacció, vinculant la pressió en totes les seccions de la xarxa amb els diàmetres de les canonades.

L'article presentat descriu detalladament la metodologia de càlcul. Per entendre millor l'algorisme d'accions, hem analitzat el procediment de càlcul mitjançant un exemple concret.

Seguint la seqüència descrita, serà possible determinar el diàmetre òptim de la canonada, el nombre de dispositius de calefacció, la potència de la caldera i altres paràmetres del sistema necessaris per organitzar un subministrament individual de calor efectiu.

Concepte de càlcul hidràulic

El factor determinant en el desenvolupament tecnològic dels sistemes de calefacció ha estat l'habitual estalvi d'energia. El desig d'estalviar diners ens obliga a tenir un enfocament més acurat del disseny, selecció de materials, mètodes d'instal·lació i funcionament de la calefacció per a la llar.

Per tant, si decidiu crear un sistema de calefacció únic i principalment econòmic per al vostre apartament o casa, us recomanem que us familiaritzeu amb les regles de càlcul i disseny.

Abans de definir el càlcul hidràulic del sistema, cal entendre clarament i clarament que el sistema de calefacció individual d'un apartament o casa es troba, convencionalment, un ordre de magnitud superior en relació al sistema de calefacció central d'un edifici gran.

Un sistema de calefacció personal es basa en un enfocament fonamentalment diferent dels conceptes de calor i recursos energètics.

L'essència del càlcul hidràulic és que el cabal de refrigerant no s'estableix per endavant amb una aproximació significativa als paràmetres reals, sinó que es determina enllaçant els diàmetres de la canonada amb els paràmetres de pressió a tots els anells del sistema.

N'hi ha prou amb realitzar una comparació trivial d'aquests sistemes d'acord amb els paràmetres següents.

1. El sistema de calefacció central (caldereria-casa-apartament) es basa en tipus estàndard de portadors d'energia: carbó, gas. En un sistema autònom, podeu utilitzar gairebé qualsevol substància que tingui una elevada calor específica de combustió, o una combinació de diversos materials líquids, sòlids o granulars.
2. El DSP està construït sobre elements habituals: canonades metàl·liques, bateries "maldestres", vàlvules de tancament. Un sistema de calefacció individual us permet combinar una varietat d'elements: radiadors de múltiples seccions amb bona transferència de calor, termòstats d'alta tecnologia, diferents tipus de canonades (PVC i coure), aixetes, endolls, accessoris i per descomptat les nostres pròpies calderes més econòmiques, bombes de circulació.
3. Si entres a l'apartament d'una casa de panells típica construïda fa 20-40 anys, veiem que el sistema de calefacció es redueix a la presència d'una bateria de 7 seccions sota la finestra a cada habitació de l'apartament més una canonada vertical a través del casa sencera (alça), amb la qual es pot “comunicar” amb els veïns de dalt/a baix. Un sistema de calefacció autònom (AHS) us permet construir un sistema de qualsevol complexitat, tenint en compte els desitjos individuals dels residents de l'apartament.
4. A diferència d'un DSP, un sistema de calefacció independent té en compte una llista força impressionant de paràmetres que afecten la transferència, el consum d'energia i la pèrdua de calor. Condicions de temperatura ambient, rang de temperatura requerit a les habitacions, àrea i volum de l'habitació, nombre de finestres i portes, finalitat de les habitacions, etc.

Així, el càlcul hidràulic del sistema de calefacció (HRSO) és un conjunt condicional de característiques calculades del sistema de calefacció, que proporciona informació completa sobre paràmetres com el diàmetre de la canonada, nombre de radiadors i vàlvules.

Aquest tipus de radiador es va instal·lar a la majoria de cases de panells de l'espai postsoviètic. L'estalvi de materials i la manca d'idees de disseny són evidents

GRSO permet seleccionar correctament una bomba d'anell d'aigua (caldera de calefacció) per transportar aigua calenta als elements finals del sistema de calefacció (radiadors) i, com a resultat final, disposar del sistema més equilibrat, que afecta directament les inversions financeres en calefacció de la llar. .

Un altre tipus de radiador de calefacció per DSP. Aquest és un producte més versàtil que pot tenir qualsevol nombre de costelles. D'aquesta manera podeu augmentar o disminuir l'àrea d'intercanvi de calor

Seqüència de passos de càlcul

Parlant del càlcul del sistema de calefacció, observem que aquest procediment és el més controvertit i important pel que fa al disseny.

Abans de realitzar el càlcul, heu de realitzar una anàlisi preliminar del futur sistema, per exemple:

• establir un equilibri tèrmic a totes i concretament a cada habitació de l'apartament;
• aprovar termòstats, vàlvules i reguladors de pressió;
• triar radiadors, superfícies d'intercanvi de calor, panells de transferència de calor;
• determinar les zones del sistema amb el cabal de refrigerant màxim i mínim.

A més, cal determinar l'esquema general per al transport del refrigerant: circuit complet i petit, sistema de canonada única o principal de dos tubs.

Com a resultat del càlcul hidràulic, obtenim diverses característiques importants del sistema hidràulic, que donen resposta a les preguntes següents:

• quina hauria de ser la potència de la font de calefacció;
• quin és el cabal i la velocitat del refrigerant;
• quin és el diàmetre necessari de la canonada de calefacció principal;
• quines són les possibles pèrdues de calor i la massa del propi refrigerant.

Un altre aspecte important del càlcul hidràulic és el procediment per equilibrar (enllaçar) totes les parts (branques) del sistema durant condicions tèrmiques extremes mitjançant dispositius de control.

Hi ha diversos tipus principals de productes de calefacció: ferro colat i alumini multisecció, panell d'acer, radiadors bimetàl·lics i covectors. Però els més comuns són els radiadors d'alumini multisecció

La zona de disseny de la canonada principal és una secció amb un diàmetre constant de la xarxa principal, així com un flux constant d'aigua calenta, que es determina per la fórmula per al balanç tèrmic de les habitacions. La llista de zones de disseny comença des de la bomba o font de calor.

Condicions inicials d'exemple

Per a una explicació més específica de tots els detalls del càlcul hidràulic, prenguem un exemple concret d'un espai habitable normal. Disposem d'un pis clàssic de 2 habitacions en una casa de panells amb una superfície total de 65,54 m2.²que inclou dues habitacions, una cuina, lavabo i bany independents, passadís doble, balcó doble.

Després de la posada en marxa, vam rebre la següent informació sobre la preparació de l'apartament.L'apartament descrit inclou parets fetes d'estructures monolítices de formigó armat tractades amb massilla i imprimació, finestres de perfil amb vidre de dues cambres, portes interiors premsades, rajoles ceràmiques al terra del bany.

Una casa típica de panells de 9 plantes amb quatre entrades. Hi ha 3 apartaments a cada planta: un de 2 habitacions i dos de 3 habitacions. L'apartament està situat a la cinquena planta

A més, l'habitatge presentat ja està equipat amb cablejat de coure, distribuïdors i un panell independent, una estufa de gas, una banyera, un lavabo, un lavabo, un radiador de tovalloles i un lavabo.

I el més important, els salons, el bany i la cuina ja disposen de radiadors de calefacció d'alumini. La pregunta sobre les canonades i la caldera continua oberta.

Com es recullen les dades

El càlcul hidràulic del sistema es basa principalment en càlculs relacionats amb el càlcul de la calefacció en funció de l'àrea de l'habitació.

Per tant, és necessari disposar de la següent informació:

• l'àrea de cada habitació individual;
• dimensions dels connectors de finestres i portes (les portes internes pràcticament no tenen cap efecte sobre la pèrdua de calor);
• condicions climàtiques, característiques de la regió.

Partirem de les dades següents. Zona de la sala comuna - 18,83 m², dormitori - 14,86 m², cuina - 10,46 m², balcó - 7,83 m² (suma), passadís - 9,72 m² (quantitat), bany - 3,60 m², lavabo - 1,5 m². Portes d'entrada - 2,20 m², vitrina de la sala comuna - 8,1 m², finestra del dormitori - 1,96 m², finestra de la cuina - 1,96 m².

L'alçada dels murs de l'apartament és de 2 metres 70 cm.Les parets exteriors són de formigó classe B7 més guix interior, de 300 mm de gruix. Parets i envans interiors - 120 mm de càrrega, normal - 80 mm. El terra i, en conseqüència, el sostre estan fets de lloses de formigó de classe B15, de 200 mm de gruix.

La disposició d'aquest apartament ofereix l'oportunitat de crear una única branca de calefacció que passa per la cuina, el dormitori i la sala d'estar, la qual cosa garantirà una temperatura mitjana de 20-22⁰C a les habitacions (+)

Què passa amb el medi ambient? L'apartament està situat en una casa situada al mig d'un microdistricte d'un petit poble. La ciutat es troba en una certa terra baixa, l'altitud sobre el nivell del mar és de 130-150 m El clima és continental moderat amb hiverns frescos i estius força càlids.

La temperatura mitjana anual és de +7,6 °C. La temperatura mitjana al gener és de -6,6°C, al juliol de +18,7°C. Vent - 3,5 m/s, humitat mitjana de l'aire - 74%, precipitació 569 mm.

Analitzant les condicions climàtiques de la regió, cal assenyalar que estem davant d'un ampli rang de temperatures, que al seu torn afecta el requisit especial per ajustar el sistema de calefacció de l'apartament.

Potència del generador de calor

Un dels components principals del sistema de calefacció és la caldera: elèctrica, de gas, combinada, no importa en aquesta etapa. Perquè la seva característica principal és important per a nosaltres: la potència, és a dir, la quantitat d'energia per unitat de temps que es gastarà en calefacció.

La potència de la caldera en si ve determinada per la fórmula següent:

Wboiler = (Sroom*Wshare) / 10,

On:

• Esplaça - la suma de les àrees de totes les habitacions que requereixen calefacció;
• Wdel — potència específica tenint en compte les condicions climàtiques del lloc (per això calia conèixer el clima de la regió).

Normalment, per a diferents zones climàtiques tenim les dades següents:

• regions del nord — 1,5 — 2 kW/m²;
• zona central — 1 — 1,5 kW/m²;
• regions del sud — 0,6 — 1 kW/m².

Aquestes xifres són força arbitràries, però, tanmateix, proporcionen una resposta numèrica clara sobre la influència del medi ambient en el sistema de calefacció de l'apartament.

Aquest mapa mostra zones climàtiques amb diferents règims de temperatura. La ubicació de l'habitatge en relació a la zona determina quanta energia s'ha de gastar per escalfar un metre quadrat de kWatt d'energia (+)

La quantitat de la superfície de l'apartament que cal escalfar és igual a la superfície total de l'apartament i és igual, és a dir, 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (menys el balcó). La potència específica de la caldera per a la regió central amb hiverns freds és d'1,4 kW/m2. Així, en el nostre exemple, la potència calculada de la caldera de calefacció equival a 8,08 kW.

Paràmetres dinàmics del refrigerant

Passem a la següent etapa de càlculs: anàlisi del consum de refrigerant. En la majoria dels casos, el sistema de calefacció d'un apartament difereix d'altres sistemes, això es deu al nombre de panells de calefacció i a la longitud de la canonada. La pressió s'utilitza com a "força motriu" addicional per al flux vertical a través del sistema.

En edificis privats d'un i diversos pisos, edificis d'apartaments amb panells antics, s'utilitzen sistemes de calefacció d'alta pressió, que permeten transportar la substància que allibera calor a totes les seccions del sistema de calefacció multianells ramificats i elevar l'aigua fins a tota l'alçada (fins a la planta 14) de l'edifici.

Al contrari, un apartament normal de 2 o 3 habitacions amb calefacció autònoma no té tanta varietat d'anells i branques del sistema; no inclou més de tres circuits.

Això significa que el refrigerant es transporta mitjançant el procés natural del flux d'aigua. Però també pots utilitzar bombes de circulació, la calefacció és proporcionada per una caldera de gas/elèctrica.

Recomanem utilitzar una bomba de circulació per a la calefacció d'habitacions de més de 100 m². La bomba es pot instal·lar abans o després de la caldera, però normalment s'instal·la al costat de "retorn": temperatura més baixa del fluid, menys aire, vida útil de la bomba més llarga.

Els especialistes en el camp del disseny i la instal·lació de sistemes de calefacció defineixen dos enfocaments principals pel que fa al càlcul del volum de refrigerant:

1. Segons la capacitat real del sistema. Sense excepció, es resumeixen tots els volums de cavitats on fluirà el cabal d'aigua calenta: la suma de seccions individuals de canonades, trams de radiadors, etc. Però aquesta és una opció força intensiva en mà d'obra.
2. Segons la potència de la caldera. Aquí les opinions dels experts difereixen molt, alguns diuen 10, altres 15 litres per unitat de potència de la caldera.

Des d'un punt de vista pragmàtic, cal tenir en compte el fet que probablement el sistema de calefacció no només subministrarà aigua calenta a l'habitació, sinó que també escalfarà aigua per a la banyera/dutxa, lavabo, lavabo i assecador, i potser per a un hidromassatge o jacuzzi. Aquesta opció és més senzilla.

Per tant, en aquest cas, recomanem fixar 13,5 litres per unitat de potència. Multiplicant aquest nombre per la potència de la caldera (8,08 kW) obtenim el volum estimat de massa d'aigua: 109,08 litres.

La velocitat calculada del refrigerant al sistema és precisament el paràmetre que us permet seleccionar un determinat diàmetre de canonada per al sistema de calefacció.

Es calcula mitjançant la fórmula següent:

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

On:

• W - potència de la caldera;
• t - temperatura de l'aigua subministrada;
• a — temperatura de l'aigua al circuit de retorn;
• k — eficiència de la caldera (0,95 per a una caldera de gas).

Substituint les dades calculades a la fórmula, tenim: (0,86 * 8080 * 0,95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h.Així, en una hora, 330 litres de refrigerant (aigua) es mouen pel sistema i la capacitat del sistema és d'uns 110 litres.

Determinació del diàmetre de la canonada

Per determinar finalment el diàmetre i el gruix de les canonades de calefacció, queda discutir el tema de la pèrdua de calor.

La quantitat màxima de calor surt de l'habitació a través de les parets - fins a un 40%, a través de les finestres - 15%, terra - 10%, tota la resta pel sostre/sostre. L'apartament es caracteritza per pèrdues principalment per finestres i mòduls de balcons

Hi ha diversos tipus de pèrdua de calor a les habitacions amb calefacció:

1. Pèrdua de pressió del flux de canonada. Aquest paràmetre és directament proporcional al producte de la pèrdua de fricció específica dins de la canonada (proporcionada pel fabricant) i la longitud total de la canonada. Però tenint en compte la tasca actual, aquestes pèrdues es poden ignorar.
2. Pèrdues de pressió a les resistències locals de les canonades — Costos de calor en accessoris i equips interiors. Però tenint en compte les condicions del problema, un nombre reduït de corbes d'adaptació i el nombre de radiadors, aquestes pèrdues es poden descuidar.
3. Pèrdua de calor segons la ubicació de l'apartament. Hi ha un altre tipus de cost tèrmic, però està més relacionat amb la ubicació de l'habitació respecte a la resta de l'edifici. Per a un apartament normal, que es troba al centre de la casa i es troba al costat d'altres apartaments a l'esquerra/dreta/a dalt/a baix, les pèrdues de calor a través de les parets laterals, el sostre i el terra són gairebé iguals a "0".

Només podeu tenir en compte les pèrdues a la part davantera de l'apartament: el balcó i la finestra central de la sala comuna. Però aquest problema es pot resoldre afegint 2-3 seccions a cadascun dels radiadors.

El diàmetre de la canonada es selecciona segons el cabal de refrigerant i la velocitat de la seva circulació a la xarxa de calefacció

Analitzant la informació anterior, val la pena assenyalar que per a la velocitat calculada de l'aigua calenta al sistema de calefacció, se sap que la velocitat de moviment de la taula de partícules d'aigua en relació a la paret de la canonada en posició horitzontal és de 0,3-0,7 m/s.

Per ajudar el mestre, presentem l'anomenada llista de verificació per realitzar càlculs per a un càlcul hidràulic típic d'un sistema de calefacció:

• recollida de dades i càlcul de la potència de la caldera;
• volum i velocitat del refrigerant;
• pèrdua de calor i diàmetre de la canonada.

De vegades, en fer càlculs, podeu obtenir un diàmetre de canonada prou gran per cobrir el volum calculat de refrigerant. Aquest problema es pot resoldre augmentant el desplaçament de la caldera o afegint un dipòsit d'expansió addicional.

Al nostre lloc web hi ha un bloc d'articles dedicats al càlcul del sistema de calefacció, us recomanem que llegiu:

1. Càlcul tèrmic d'un sistema de calefacció: com calcular correctament la càrrega del sistema
2. Càlcul de l'escalfament d'aigua: fórmules, normes, exemples d'implementació
3. Càlcul d'enginyeria tèrmica d'un edifici: especificitats i fórmules per fer càlculs + exemples pràctics

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Característiques, avantatges i desavantatges dels sistemes de circulació de refrigerant natural i forçada per a sistemes de calefacció:

Resumint els càlculs hidràulics, el resultat van ser les característiques físiques específiques del futur sistema de calefacció.

Naturalment, aquest és un esquema de càlcul simplificat que proporciona dades aproximades sobre càlculs hidràulics per al sistema de calefacció d'un apartament típic de dues habitacions.

Estàs intentant fer tu mateix un càlcul hidràulic del teu sistema de calefacció? O potser no estàs d'acord amb el material presentat? Estem esperant els vostres comentaris i preguntes; el bloc de comentaris es troba a continuació.