Càlcul hidràulic del sistema de calefacció amb un exemple concret

L’escala més basada en la circulació d’aigua calenta és l’opció més habitual per a l’organització d’una casa privada. Per dissenyar el sistema competent, és necessari tenir resultats d’anàlisi previ, l’anomenat càlcul hidràulic del sistema de calefacció, que enllaça la pressió a totes les seccions de la xarxa amb els diàmetres de la canonada.

L’article presentat descriu detalladament la tècnica de càlcul. Per entendre millor l'algorisme d'accions, es va examinar el procediment de càlcul mitjançant un exemple específic.

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

El concepte de càlcul hidràulic

El factor determinant en el desenvolupament tecnològic dels sistemes de calefacció s'ha convertit en l'estalvi energètic habitual. El desig d’estalviar diners fa una aproximació més acurada en el disseny, la selecció de materials, els mètodes d’instal·lació i el funcionament de la calefacció per a la llar.

Per tant, si decidiu crear un sistema de calefacció únic i fonamental per al vostre pis o llar, us recomanem que us familiaritzeu amb les regles de càlcul i disseny.

Abans de definir el càlcul hidràulic del sistema, heu d’entendre clarament i amb claredat que el sistema de calefacció individual d’un apartament i d’una casa està situat condicionalment per un ordre de magnitud superior al sistema de calefacció central d’un gran edifici.

Un sistema de calefacció personal es basa en un enfocament fonamentalment diferent als conceptes de calor i energia.

L’essència del càlcul hidràulic és que el cabal de refrigerant no s’estableix amb antelació 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 de realitzar una comparació trivial d’aquests sistemes en els paràmetres següents.

1. El sistema de calefacció central (caldera-casa-apartament) es basa en tipus estàndard d’energia: carbó, gas. En un sistema autònom, podeu utilitzar gairebé qualsevol substància que tingui una calor específica de combustió elevada o una combinació de diversos materials granulars líquids, sòlids.
2. DSP es basa en elements convencionals: canonades metàl·liques, bateries “maldestres”, vàlvules d’interruptor. Un sistema de calefacció individual permet combinar diversos elements: radiadors de diverses seccions amb una bona dissipació de calor, termòstats d’alta tecnologia, diferents tipus de canonades (PVC i coure), aixetes, taps, accessoris i, per descomptat, les seves calderes més econòmiques, bombes de circulació.
3. Si entreu a l’apartament d’una típica casa de panells construïda fa uns 20-40 anys, veiem que el sistema de calefacció baixa fins a la presència d’una bateria de 7 cel·les a la finestra de cada habitació de l’apartament més una canonada vertical per tota la casa (aixeca), amb la qual es pot "comunicar" amb veïns per sobre / per sota. Si es tracta d’un sistema de calefacció autònom (ASO), permet construir un sistema de qualsevol complexitat, tenint en compte els desitjos individuals dels residents de l’apartament.
4. A diferència del DSP, un sistema de calefacció separat té en compte una llista força impressionant de paràmetres que afecten la transmissió, el consum d’energia i la pèrdua de calor. El règim de temperatura de l’entorn, l’interval de temperatura requerit als locals, l’àrea i el volum de l’habitació, el nombre de finestres i portes, la finalitat del local, etc.

Així, el càlcul hidràulic del sistema de calefacció (GRSO) 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 taulers de l’espai post-soviètic. Estalvi en materials i la falta d’una idea de disseny “a la cara”

GRSO permet triar la bomba d'aigua d'anella adequada (caldera de calefacció) per transportar aigua calenta als elements finals del sistema de calefacció (radiadors) i, al final, tenir el sistema més equilibrat, que afecta directament a les inversions financeres en la 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 vores. Així, podeu augmentar o disminuir l'àrea de transferència de calor

Seqüència dels passos de càlcul

En parlar del càlcul del sistema de calefacció, observem que aquest procediment és el més ambigu i important pel que fa a disseny.

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

• estableix el balanç de calor a totes i concretament a cada habitació de l’apartament;
• selecciona termòstats, vàlvules i reguladors de pressió;
• identificar àrees del sistema amb el consum màxim i mínim del transportador de calor.

A més, cal determinar l’esquema general de transport del refrigerant: circuit complet i petit, sistema de canonada única o carretera de dos canals.

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

• quina hauria de ser la potència de la font de calefacció;
• quin és el cabal i la velocitat del refrigerant;
• quin diàmetre del conducte principal del conducte de calor es necessita;
• quines són les possibles pèrdues de calor i la massa del refrigerant en si.

Un altre aspecte important del càlcul hidràulic és el procediment d’equilibri (enllaç) de totes les parts (branques) del sistema en condicions tèrmiques extremes amb l’ajut de dispositius de control.

Hi ha diversos tipus principals de productes de calefacció: multi-secció de fosa i alumini, panell d’acer, radiadors bimetals i coberts. Però els més habituals són els radiadors de diverses seccions d'alumini

L’àrea d’assentament de la canonada és una secció amb un diàmetre constant de la pròpia canonada, així com un flux inalterat d’aigua calenta, que es determina mitjançant la fórmula de l’equilibri de calor de les habitacions. El llistat de zones de disseny parteix d’una bomba o una font de calor.

Condicions inicials de l'exemple

Per obtenir una explicació més específica de tots els detalls de la mala identificació hidràulica, prenem un exemple concret d’habitatge convencional. En existència tenim un apartament clàssic de 2 habitacions d'una taula amb una superfície total de 65,54 m², que inclou dues habitacions, una cuina, lavabo i bany separat, passadís doble, balcó doble.

Després de posar-lo en funcionament, vam rebre la informació següent sobre la disposició de l’apartament. L'apartament descrit inclou parets massisses i forjades construïdes en estructures de formigó armat monolític, finestres de perfil amb dos vidres de cambra, portes interiors pressionades a la punta i rajoles ceràmiques al sòl del bany.

Una casa típica de 9 plantes amb quatre entrades. Hi ha 3 apartaments a cada pis: un de 2 habitacions i dos de tres. L'apartament està situat al cinquè pis

A més, la carcassa presentada ja està equipada amb cablejat de coure, dispensadors i una solapa independent, estufa de gas, bany, lavabo, vàter, tovallola escalfada, lavabo.

I el més important, les sales d’estar, 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 per la zona de l’habitació.

Per tant, ha de tenir la informació següent:

• la zona de cada habitació individual;
• les dimensions dels connectors de les finestres i les portes (les portes internes gairebé no tenen cap incidència en la pèrdua de calor);
• condicions climàtiques, característiques de la regió.

Procedirem de les dades següents. La superfície de la sala comuna és de 18,83 m², dormitori - 14,86 m², cuina - 10,46 m², balcó - 7,83 m² (quantitat), passadís - 9,72 m² (quantitat), bany: 3,60 m², lavabo - 1,5 m². Portes d’entrada - 2,20 m², finestra de la sala comuna: 8,1 m², finestra del dormitori - 1,96 m², finestra de la cuina - 1,96 m².

L'alçada de les parets de l'apartament és de 2 metres 70 cm. Les parets externes estan formades de formigó de la classe B7 més guix intern, de 300 mm de gruix.Parets i envans interiors - amb coixinet de 120 mm, ordinari - 80 mm. Sòl i, en conseqüència, sostre de lloses de formigó de la classe B15, gruix 200 mm.

La distribució d’aquest apartament ofereix l’oportunitat de crear una branca de calefacció única passant per la cuina, el dormitori i l’habitació comuna, que proporcionarà una temperatura mitjana de 20 a 22 ºC a les habitacions (+)

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

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

Analitzant les condicions climàtiques de la regió, cal destacar que es tracta d’una àmplia gamma de temperatures, que al seu torn afecta l’especial requisit d’ajustar el sistema de calefacció de l’habitatge.

Potència generadora de calor

Un dels components principals del sistema de calefacció és una caldera: elèctrica, de gas, combinada, en aquest moment no importa. Ja que la seva característica principal és important per a nosaltres: energia, és a dir, la quantitat d’energia per unitat de temps que es dedicarà a la calefacció.

La potència de la caldera mateixa es determina mitjançant la fórmula següent:

Caldera W = (habitació S * negoci W) / 10,

on:

• Sala - la suma de les àrees de totes les habitacions que requereixen calefacció;
• Vaig fer - potència específica, tenint en compte les condicions climàtiques de la ubicació (per això calia conèixer el clima de la regió).

El que és característic, per a diferents zones climàtiques tenim les dades següents:

• zones 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 donen una resposta numèrica clara quant a l’impacte ambiental sobre el sistema de calefacció de l’habitatge.

Aquest mapa mostra zones climàtiques amb diferents condicions de temperatura. La ubicació de l'habitatge en relació amb la zona i la quantitat que necessiteu per gastar en escalfar un metre quadrat de kW d'energia (+)

La suma de l’àrea de l’apartament que cal escalfar és igual a la superfície total de l’apartament i és igual a, 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 de fluids dinàmics

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 del flux verticalment a través del sistema.

Als edificis privats d’un sol i de diversos pisos, antics edificis d’apartaments de tipus panell, s’utilitzen sistemes de calefacció a alta pressió, que permeten transportar substàncies que alliberen calor a totes les seccions d’un sistema de calefacció ramificat i de diversos anells i elevar l’aigua a tota l’alçada (fins al 14è pis) de l’edifici.

Per contra, un pis ordinari de 2 o 3 habitacions amb calefacció independent no té una 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 podeu utilitzar bombes de circulacióLa calefacció és proporcionada per una caldera de gas / elèctrica.

Recomanem utilitzar una bomba de circulació per escalfar habitacions de més de 100 m². La bomba es pot muntar tant abans com després de la caldera, però normalment es posa en el "retorn": temperatura del portador més baixa, menys subministrament d'aire, major durada de la bomba

Els especialistes en el disseny i la instal·lació dels sistemes de calefacció determinen dos enfocaments principals quant al càlcul del volum de refrigerant:

1. Segons la capacitat real del sistema. Tots els volums de cavitats, sense excepció, per on flueix l'aigua calenta es resumeixen: la suma de seccions individuals de canonades, seccions de radiadors, etc. Aquesta és una opció que consumeix molt de temps.
2. Per potència de la caldera. Aquí, les opinions dels experts divergien molt, n’hi ha que diuen 10, d’altres 15 litres per unitat de capacitat de la caldera.

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

Per això, en aquest cas, recomanem instal·lar 13,5 litres per unitat de potència. Multiplicant aquest nombre per la potència de la caldera (8,08 kW), obtenim el volum calculat de massa d’aigua - 109,08 litres.

La velocitat calculada del refrigerant al sistema és precisament aquell paràmetre que permet seleccionar un diàmetre de canonada específic 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 la caldera de gas).

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

Determinació del diàmetre de la canonada

Per a la determinació final del diàmetre i el gruix de les canonades de calefacció, queda discutir el tema de la pèrdua de calor.

La quantitat màxima de calor deixa la sala a través de les parets - fins al 40%, a través de les finestres - 15%, el sòl - 10%, la resta a través del sostre / sostre. L'apartament es caracteritza per pèrdues principalment a través de mòduls de finestres i balcons

Hi ha diversos tipus de pèrdues de calor a les habitacions climatitzades:

1. Pèrdua de pressió del tub. Aquest paràmetre és directament proporcional al producte de la pèrdua de fricció específica dins de la canonada (proporcionada pel fabricant) per la longitud total del tub. Però, donada la tasca actual, aquestes pèrdues es poden ignorar.
2. Pèrdua de cap a les resistències locals de canonades - Costos de calor als accessoris i als equips interiors. Però, tenint en compte les condicions del problema, un nombre reduït de corbes i el nombre de radiadors, es poden descuidar aquestes pèrdues.
3. Pèrdues de calor segons la ubicació de l'apartament. Hi ha un altre tipus de costos per calor, però estan més relacionats amb la ubicació de l’habitació respecte a la resta de l’edifici. Per a un apartament ordinari, situat al centre de la casa i contigu a l'esquerra / dreta / superior / inferior amb altres apartaments, la pèrdua de calor a les parets laterals, al sostre i al sòl és pràcticament igual a "0".

Només podeu tenir en compte les pèrdues a la part davantera de l’apartament: un balcó i la finestra central de l’habitació comuna. Però aquesta qüestió s'ha tancat a causa de la incorporació de 2-3 seccions a cadascun dels radiadors.

El valor del diàmetre de les canonades es selecciona segons el flux del refrigerant i la velocitat de la seva circulació a la xarxa de calefacció

Analitzant la informació anterior, convé assenyalar que per la velocitat calculada de l’aigua calenta al sistema de calefacció es coneix la velocitat tabular de moviment de les partícules d’aigua respecte a la paret del tub en una posició horitzontal de 0,3-0,7 m / s.

Per ajudar el mestre, presentem l’anomenada llista de verificació de 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 portador de calor;
• pèrdua de calor i diàmetre de la canonada.

De vegades, quan es calcula malament, es pot obtenir un diàmetre de canonada prou gran com per bloquejar el volum calculat del refrigerant. Aquest problema es pot solucionar augmentant el desplaçament de la caldera o afegint un dipòsit d’expansió addicional.

Al nostre lloc hi ha un bloc d’articles dedicats al càlcul del sistema de calefacció, t’aconsellem llegir:

1. Càlcul tèrmic d’un sistema de calefacció: com calcular correctament la càrrega d’un sistema
2. Càlcul de l'escalfament d'aigua: fórmules, regles, exemples d'implementació
3. Càlcul termotècnic d’un edifici: especificitats i fórmules per realitzar càlculs + exemples pràctics

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Característiques, avantatges i desavantatges dels sistemes de circulació natural i forçada del medi calefactor:

Com a resultat dels càlculs de càlcul hidràulic, es van obtenir, en conseqüència, característiques físiques específiques del futur sistema de calefacció.

Es tracta, naturalment, d’un esquema de càlcul simplificat, que proporciona dades aproximades sobre el càlcul hidràulic per al sistema de calefacció d’un apartament típic de dues habitacions.

Intenta dur a terme un càlcul hidràulic de forma independent del sistema de calefacció? O potser no estan d’acord amb el material indicat? Esperem els vostres comentaris i preguntes: el bloc de comentaris es troba a sota.