Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме

Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме Отопление дома

Экономичность теплового комфорта в доме обеспечивают расчет гидравлики, её качественный монтаж и правильная эксплуатация. Главные компоненты отопительной системы — источник тепла (котёл), тепловая магистраль (трубы) и приборы теплоотдачи (радиаторы). Для эффективного теплоснабжения необходимо сохранить первоначальные параметры системы при любых нагрузках независимо от времени года.
Перед началом гидравлических расчётов выполняют:

  • Сбор и обработку информации по объекту с целью:
    • определения количества требуемого тепла;
    • выбора схемы отопления.
  • Тепловой расчёт системы отопления с обоснованием:
    • объёмов тепловой энергии;
    • нагрузок;
    • теплопотерь.

Если водяное отопление признаётся оптимальным вариантом, выполняется гидравлический расчёт.

Для расчёта гидравлики с помощью программ требуется знакомство с теорией и законами сопротивления. Если приведенные ниже формулы покажутся вам сложными для понимания, можно выбрать параметры, которые мы предлагаем в каждой из программ.

Расчёты проводились в программе Excel. Готовый результат можно посмотреть в конце инструкции.

В этой статье:

Что такое гидравлический расчёт

Это третий этап в процессе создания тепловой сети. Он представляет собой систему вычислений, позволяющих определить:

  • диаметр и пропускную способность труб;
  • местные потери давления на участках;
  • требования гидравлической увязки;
  • общесистемные потери давления;
  • оптимальный расход воды.

Согласно полученным данным осуществляют подбор насосов.

Для сезонного жилья, при отсутствии в нём электричества, подойдёт система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (ссылка на обзор).

Основная цель гидравлического расчёта — обеспечить совпадение расчётных расходов по элементам цепи с фактическими (эксплуатационными) расходами. Количество теплоносителя, поступающего в радиаторы, должно создать тепловой баланс внутри дома с учётом наружных температур и тех, что заданы пользователем для каждого помещения согласно его функциональному назначению (подвал +5, спальня +18 и т.д.).

Комплексные задачи — минимизация расходов:

  1. капитальных – монтаж труб оптимального диаметра и качества;
  2. эксплуатационных:
    • зависимость энергозатрат от гидравлического сопротивления системы;
    • стабильность и надёжность;
    • бесшумность.
Автономное отопление

Замена централизованного режима теплоснабжения индивидуальным упрощает методику вычислений

Для автономного режима применимы 4 метода гидравлического расчёта системы отопления:

  1. по удельным потерям (стандартный расчёт диаметра труб);
  2. по длинам, приведённым к одному эквиваленту;
  3. по характеристикам проводимости и сопротивления;
  4. сопоставление динамических давлений.

Два первых метода используются при неизменном перепаде температуры в сети.

Два последних помогут распределить горячую воду по кольцам системы, если перепад температуры в сети перестанет соответствовать перепаду в стояках/ответвлениях.

Расчет гидравлики системы отопления

Нам потребуются данные теплового расчёта помещений и аксонометрической схемы.

Аксонометрическая схема

Аксонометрическая схема

Вынесите данные в эту таблицу:

№ расчётного участка Тепловая нагрузка Длина записать записать записать

Шаг 1: считаем диаметр труб

В качестве исходных данных используются экономически обоснованные результаты теплового расчёта:

1а. Оптимальная разница между горячим (tг) и охлаждённым( tо) теплоносителем для двухтрубной системы – 20º

  • Δtco=tг- tо=90º-70º=20ºС 

1б. Расход теплоносителя G, кг/час — для однотрубной системы.

2. Оптимальная скорость движения теплоносителя – ν 0,3-0,7 м/с.

Чем меньше внутренний диаметр труб — тем выше скорость. Достигая отметки 0,6 м/с, движение воды начинает сопровождаться шумом в системе.

3. Расчётная скорость теплопотока – Q, Вт.

Выражает количество тепла (W, Дж), переданного в секунду (единицу времени τ):

Формула для Q

Формула для расчёта скорости теплопотока

 

4. Расчетная плотность воды: ρ = 971,8 кг/м3 при tср = 80 °С

5. Параметры участков:

Участок Длина участка, м Число приборов N, шт 1 - 2 1.78 1 2 - 3 2.60 1 3 - 4 2.80 2 4 - 5 2.80 2 5 - 6 2.80 4 6 - 7 2.80 7 - 8 2.20 8 - 9 6.10 1 9 - 10 0.5 1 10 - 11 0.5 1 11 - 12 0.2 1 12 - 13 0.1 1 13 - 14 0.3 1 14 - 15 1.00 1
Для определения внутреннего диаметра по каждому участку удобно пользоваться таблицей.

Расшифровка сокращений:

  • зависимость скорости движения воды — ν, с
  • теплового потока — Q, Вт
  • расхода воды G, кг/час от внутреннего диаметра труб
Ø 8 Ø 10 Ø 12 Ø 15 Ø 20 Ø 25 Ø 50 ν Q G v Q G v Q G v Q G v Q G v Q G v Q G 0.3 1226 53 0.3 1916 82 0.3 2759 119 0.3 4311 185 0.3 7664 330 0.3 11975 515 0.3 47901 2060 0.4 1635 70 0.4 2555 110 0.4 3679 158 0.4 5748 247 0.4 10219 439 0.4 15967 687 0.4 63968 2746 0.5 2044 88 0.5 3193 137 0.5 4598 198 0.5 7185 309 0.5 12774 549 0.5 19959 858 0.5 79835 3433 0.6 2453 105 0.6 3832 165 0.6 5518 237 0.6 8622 371 0.6 15328 659 0.6 23950 1030 0.6 95802 4120 0.7 2861 123 0.7 4471 192 0.7 6438 277 0.7 10059 433 0.7 17883 769 0.7 27942 1207 0.7 111768 4806

Пример

Задача: подобрать диаметр трубы для отопления гостиной площадью 18 м², высота потолка 2,7 м.

Данные проекта:

Среднестатистические данные:

  • расход мощности – 1 кВт на 30 м³
  • запас тепловой мощности – 20%

Расчёт:

  • объём помещения: 18 2,7 = 48,6 м³
  • расход мощности: 48,6 / 30 = 1,62 кВт
  • запас на случай морозов: 1,62 20% = 0,324 кВт
  • итоговая мощность: 1,62 + 0,324 = 1,944 кВт

Находим в таблице наиболее близкое значения Q:
Q

Получаем интервал внутреннего диаметра: 8-10 мм.
Участок: 3-4.
Длина участка: 2.8 метров.

Шаг 2: вычисление местных сопротивлений

Чтобы определиться с материалом труб, необходимо сравнить показатели их гидравлического сопротивления на всех участках отопительной системы.

Факторы возникновения сопротивления:

Трубы

Трубы для отопления

  • в самой трубе:
    • шероховатость;
    • место сужения/расширения диаметра;
    • поворот;
    • протяжённость.
  • в соединениях:
    • тройник;
    • шаровой кран;
    • приборы балансировки.

Расчетным участком является труба постоянного диаметра с неизменным расходом воды, соответствующим проектному тепловому балансу помещения.

Для определения потерь берутся данные с учётом сопротивления в регулирующей арматуре:

  1. длина трубы на расчётном участке/l,м;
  2. диаметр трубы расчётного участка/d,мм;
  3. принятая скорость теплоносителя/u, м/с;
  4. данные регулирующей арматуры от производителя;
  5. справочные данные:
    • коэффициент трения/λ;
    • потери на трение/∆Рl, Па;
    • расчетная плотность жидкости/ρ = 971,8 кг/м3;
  6. технические характеристики изделия:
    • эквивалентная шероховатость трубы/kэ мм;
    • толщина стенки трубы/dн×δ, мм.

Для материалов со сходными значениями kэ производители предоставляют значение удельных потерь давления R, Па/м по всему сортаменту труб.

Чтобы самостоятельно определить удельные потери на трение/R, Па/м, достаточно знать наружный d трубы, толщину стенки/dн×δ, мм и скорость подачи воды/W, м/с (или расход воды/G, кг/ч).

Для поиска гидросопротивления/ΔP в одном участке сети подставляем данные в формулу Дарси-Вейсбаха:
Darsi-Vejsbaha
Для стальных и полимерных труб (из полипропилена, полиэтилена, стекловолокна и т.д.) коэффициент трения/ λ наиболее точно вычисляется по формуле Альтшуля:
formula Altshulya
Re — число Рейнольдса, находится по упрощённой формуле (Re=vd/ν) или с помощью онлайн-калькулятора:
chislo Rejnoldsa

Шаг 3: гидравлическая увязка

Для балансировки перепадов давления понадобится запорная и регулирующая арматура.

Исходные данные:

  • проектная нагрузка (массовый расход теплоносителя — воды или низкозамерзающей жидкости для систем отопления);
  • данные производителей труб по удельному динамическому сопротивлению/А, Па/(кг/ч)²;
  • технические характеристики арматуры.
  • количество местных сопротивлений на участке.

Задача: выровнять гидравлические потери в сети.

В гидравлическом расчёте для каждого клапана задаются установочные характеристики (крепление, перепад давления, пропускная способность).  По характеристикам сопротивления определяют коэффициенты затекания в каждый стояк и далее — в каждый прибор.

Характеристики затвора

Фрагмент заводских характеристик поворотного затвора

Выберем для вычислений метод характеристик сопротивления S,Па/(кг/ч)².

Потери давления/∆P, Па прямо пропорциональны квадрату расхода воды по участку/G, кг/ч:
Потери давления2
В физическом смысле S — это потери давления на 1 кг/ч теплоносителя:
Потери - формула
где:

  • ξпр — приведенный коэффициент для местных сопротивлений участка;
  • А — динамическое удельное давление, Па/(кг/ч)².

Удельным считается динамическое давление, возникающее при массовом расходе 1 кг/ч теплоносителя в трубе заданного диаметра (информация предоставляется производителем).

Σξ — слагаемое коэффициентов по местным сопротивлениям в участке.

Приведенный коэффициент:
Коэффициент2
Он суммирует все местные сопротивления:
Сумма сопротивлений
С величиной:
Величина
которая соответствует коэффициенту местного сопротивления с учётом потерь от гидравлического трения.

Шаг 4: определение потерь

Гидравлическое сопротивление в главном циркуляционном кольце представлено суммой потерь его элементов:

  • первичного контура/ΔPIк ;
  • местных систем/ΔPм;
  • теплогенератора/ΔPтг;
  • теплообменника/ΔPто.

Сумма величин даёт нам гидравлическое сопротивление системы/ΔPсо:

Результат

Обзор программ

Для удобства расчётов применяются любительские и профессиональные программы вычисления гидравлики.

Самой популярной является Excel.

Можно воспользоваться онлайн-расчётом в Excel Online, CombiMix 1.0, или онлайн-калькулятором гидравлического расчёта. Стационарную программу подбирают с учётом требований проекта.

Главная трудность в работе с такими программами — незнание основ гидравлики. В некоторых из них отсутствуют расшифровки формул, не рассматриваются особенности разветвления трубопроводов  и вычисления сопротивлений в сложных цепях.

Особенности программ:

  • HERZ C.O. 3.5 – производит расчёт по методу удельных линейных потерь давления.
  • DanfossCO и OvertopCO – умеют считать системы с естественной циркуляцией.
  • «Поток» (Potok) — позволяет применять метод расчёта с переменным (скользящим) перепадом температур по стоякам.

Следует уточнять параметры ввода данных по температуре — по Кельвину/по Цельсию.

Как работать в EXCEL

Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.

Ввод исходных данных

Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

Ячейка Величина Значение, обозначение, единица выражения D4 45,000 Расход воды G в т/час D5 95,0 Температура на входе tвх в °C D6 70,0 Температура на выходе tвых в °C D7 100,0 Внутренний диаметр d, мм D8 100,000 Длина, L в м D9 1,000 Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм D10 1,89 Сумма коэф. местных сопротивлений - Σ(ξ)
Пояснения:
  • значение в D9 берётся из справочника;
  • значение в D10 характеризует сопротивления в местах сварных швов.

Формулы и алгоритмы

Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.

Ячейка Алгоритм Формула Результат Значение результата D12 !ERROR! D5 does not contain a number or expression tср=(tвх+tвых)/2 82,5 Средняя температура воды tср в °C D13 !ERROR! D12 does not contain a number or expression n=0,0178/(1+0,0337tср+0,000221tср2) 0,003368 Кинематический коэф. вязкости воды - n, cм2/с при tср D14 !ERROR! D12 does not contain a number or expression ρ=(-0,003tср2-0,1511tср+1003, 1)/1000 0,970 Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср D15 !ERROR! D4 does not contain a number or expression G’=G1000/(ρ60) 773,024 Расход воды G’, л/мин D16 !ERROR! D4 does not contain a number or expression v=4G:(ρπ(d:1000)23600) 1,640 Скорость воды v, м/с D17 !ERROR! D16 does not contain a number or expression Re=vd10/n 487001,4 Число Рейнольдса Re D18 !ERROR! Cell D17 does not exist λ=64/Re при Re≤2320
λ=0,0000147Re при 2320≤Re≤4000
λ=0,11(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000
0,035 Коэффициент гидравлического трения λ D19 !ERROR! Cell D18 does not exist R=λv2ρ100/(29,81d) 0,004645 Удельные потери давления на трение R, кг/(см2м) D20 !ERROR! Cell D19 does not exist dPтр=RL 0,464485 Потери давления на трение dPтр, кг/см2 D21 !ERROR! Cell D20 does not exist dPтр=dPтр9,8110000 45565,9 и Па соответственно
D20
D22 !ERROR! D10 does not contain a number or expression dPмс=Σ(ξ)v2ρ/(29,8110) 0,025150 Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2 D23 !ERROR! Cell D22 does not exist dPтр=dPмс9,8110000 2467,2 и Па соответственно D22 D24 !ERROR! Cell D20 does not exist dP=dPтр+dPмс 0,489634 Расчетные потери давления dP, кг/см2 D25 !ERROR! Cell D24 does not exist dP=dP9,8110000 48033,1 и Па соответственно D24 D26 !ERROR! Cell D25 does not exist S=dP/G2 23,720 Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2
Пояснения:
  • значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
  • ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

Оформление результатов

Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:

  • Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
  • Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
  • Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
  • Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
  • Шрифты:
    • синий — исходные данные;
    • чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
    • красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.
Результаты в excel

Результаты в таблице Эксель

Пример от Александра Воробьёва

Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.

Исходные данные:

  • длина трубы100 метров;
  • ø108 мм;
  • толщина стенки 4 мм.
Excel

Таблица результатов расчёта местных сопротивлений

Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.

Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 247
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 58
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 689
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 103
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 494
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 863
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 277
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 382
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 62
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 358
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 14
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 847
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 689
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 807
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 21
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 436
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 751
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 594
Как сделать из полипропиленовых труб отопление в частном доме 24

Похожие записи:

  • Как из разных таблиц сделать одну
  • Как сделать открытка из бумаги с днём рождения мама
  • Яблочный сок изготовление в домашних условиях
  • Как сделать самому косилку для трактора
  • Ремонт пилы своими руками