Hydraulische berekening van het verwarmingssysteem op een specifiek voorbeeld

Verwarming op basis van warmwatercirculatie is de meest gebruikelijke optie voor het inrichten van een privéwoning. Voor een competent systeemontwerp is het noodzakelijk om voorlopige analyseresultaten te hebben, de zogenaamde hydraulische berekening van het verwarmingssysteem, waarbij de druk in alle secties van het netwerk wordt gekoppeld aan de buisdiameters.

Het gepresenteerde artikel beschrijft in detail de berekeningstechniek. Om het algoritme van acties beter te begrijpen, hebben we de berekeningsprocedure onderzocht met behulp van een specifiek voorbeeld.

In overeenstemming met de beschreven volgorde, is het mogelijk om de optimale diameter van de hoofdleiding, het aantal verwarmingsapparaten, het ketelvermogen en andere systeemparameters te bepalen die nodig zijn voor het regelen van een effectieve individuele warmtetoevoer.

Het concept van hydraulische berekening

De bepalende factor in de technologische ontwikkeling van verwarmingssystemen is de gebruikelijke energiebesparing geworden. De wens om geld te besparen maakt een zorgvuldiger benadering van het ontwerp, de selectie van materialen, de installatiemethoden en de bediening van de verwarming voor thuis.

Daarom, als u besluit om een ​​uniek en voornamelijk zuinig verwarmingssysteem voor uw appartement of huis te creëren, raden we u aan om vertrouwd te raken met de regels voor berekening en ontwerp.

Voordat u de hydraulische berekening van het systeem definieert, moet u duidelijk en duidelijk begrijpen dat het individuele verwarmingssysteem van een appartement en een huis voorwaardelijk een orde van grootte hoger is geplaatst dan het centrale verwarmingssysteem van een groot gebouw.

Een persoonlijk verwarmingssysteem is gebaseerd op een fundamenteel andere benadering van de concepten warmte en energie.

De essentie van de hydraulische berekening is dat het koelmiddeldebiet niet vooraf wordt ingesteld met een significante benadering van de werkelijke parameters, maar wordt bepaald door de leidingdiameters te koppelen aan de drukparameters in alle ringen van het systeem

Het volstaat om een ​​triviale vergelijking van deze systemen uit te voeren volgens de volgende parameters.

1. Het centrale verwarmingssysteem (ketelhuis-appartement) is gebaseerd op standaard soorten energie - kolen, gas. In een autonoom systeem kunt u bijna elke stof gebruiken die een hoge specifieke verbrandingswarmte heeft, of een combinatie van meerdere vloeibare, vaste, korrelige materialen.
2. DSP is gebouwd op conventionele elementen: metalen buizen, "onhandige" batterijen, afsluiters. Met een individueel verwarmingssysteem kunt u een verscheidenheid aan elementen combineren: radiatoren met meerdere secties met goede warmteafvoer, high-tech thermostaten, verschillende soorten buizen (PVC en koper), kranen, pluggen, fittingen en natuurlijk hun eigen zuinigere ketels, circulatiepompen.
3. Als je het appartement van een typisch paneelhuis binnengaat dat ongeveer 20-40 jaar geleden is gebouwd, zien we dat het verwarmingssysteem neerkomt op de aanwezigheid van een 7-cel batterij onder het raam in elke kamer van het appartement plus een verticale pijp door het hele huis (stijgbuis), waarmee je kunt "communiceren" met buren boven / onder. Of het nu gaat om een ​​autonoom verwarmingssysteem (ASO), u kunt er een systeem van elke complexiteit mee bouwen, rekening houdend met de individuele wensen van de bewoners van het appartement.
4. In tegenstelling tot DSP houdt een afzonderlijk verwarmingssysteem rekening met een nogal indrukwekkende lijst van parameters die van invloed zijn op de transmissie, het energieverbruik en het warmteverlies. Het temperatuurregime van de omgeving, het vereiste temperatuurbereik in het pand, de oppervlakte en het volume van de ruimte, het aantal ramen en deuren, het doel van het pand, etc.

De hydraulische berekening van het verwarmingssysteem (GRSO) is dus een voorwaardelijke set van berekende kenmerken van het verwarmingssysteem, die uitgebreide informatie biedt over parameters zoals buisdiameter, aantal radiatoren en kleppen.

Dit type radiator werd in de meeste paneelhuizen in de post-Sovjetruimte geïnstalleerd. Besparing op materialen en het ontbreken van een ontwerpidee "op het eerste gezicht"

Met GRSO kunt u de juiste ringwaterpomp (verwarmingsketel) kiezen om warm water naar de laatste elementen van het verwarmingssysteem (radiatoren) te transporteren en uiteindelijk het meest uitgebalanceerde systeem te hebben, wat direct van invloed is op financiële investeringen in het verwarmen van de woning.

Een ander type verwarmingsradiator voor DSP. Dit is een veelzijdiger product dat een onbeperkt aantal randen kan hebben. U kunt dus het warmteoverdrachtsgebied vergroten of verkleinen

Volgorde van berekeningsstappen

Over de berekening van het verwarmingssysteem gesproken, we merken op dat deze procedure het meest dubbelzinnig en belangrijk is qua ontwerp.

Voordat u de berekening uitvoert, moet u een voorlopige analyse maken van het toekomstige systeem, bijvoorbeeld:

• stel de warmtebalans in alle en specifiek elke kamer van het appartement in;
• selecteer thermostaten, kleppen en drukregelaars;
• identificeer gebieden van het systeem met maximaal en minimaal verbruik van warmtedrager.

Bovendien moet het algemene transportschema van het koelmiddel worden bepaald: volledig en klein circuit, eenpijps systeem of tweepijps snelweg.

Als resultaat van de hydraulische berekening verkrijgen we verschillende belangrijke kenmerken van het hydraulische systeem die antwoord geven op de volgende vragen:

• wat zou de kracht van de verwarmingsbron moeten zijn;
• wat is het debiet en de snelheid van het koelmiddel;
• welke diameter van de hoofdleiding van de warmtepijpleiding nodig is;
• wat zijn de mogelijke warmteverliezen en de massa van de koelvloeistof zelf.

Een ander belangrijk aspect van hydraulische berekening is de procedure van balans (koppeling) van alle onderdelen (takken) van het systeem tijdens extreme thermische omstandigheden met behulp van regelapparatuur.

Er zijn verschillende hoofdtypen verwarmingsproducten: gietijzer en aluminium meerdelig, stalen paneel, bimetaalradiatoren en coveters. Maar de meest voorkomende zijn aluminium radiatoren met meerdere secties

Het bezettingsgebied van de pijpleiding is een sectie met een constante diameter van de pijpleiding zelf, evenals een onveranderde stroom warm water, die wordt bepaald door de formule van de warmtebalans van de kamers. De lijst met ontwerpzones begint bij een pomp of warmtebron.

Beginvoorwaarden van het voorbeeld

Voor een meer specifieke uitleg van alle details van de hydraulische rekenfout nemen we een concreet voorbeeld van een conventionele behuizing. Op voorraad hebben we een klassiek 2-kamer appartement van een paneelhuis met een totale oppervlakte van 65,54 m², die twee kamers omvat, een keuken, apart toilet en badkamer, dubbele gang, twin balkon.

Na ingebruikname hebben we de volgende informatie ontvangen over de gereedheid van het appartement. Het beschreven appartement omvat stopverf en primerwanden gemaakt van monolithische structuren van gewapend beton, profielramen met twee kamerglazen, binnenpoorten met tirsepersen en keramische tegels op de badkamervloer.

Een typisch paneelhuis van 9 verdiepingen met vier ingangen. Er zijn 3 appartementen op elke verdieping: één 2-kamer en twee 3-kamer. Het appartement bevindt zich op de vijfde verdieping

Daarnaast is de gepresenteerde behuizing al voorzien van koperen bedrading, dispensers en een aparte klep, gasfornuis, ligbad, wastafel, toilet, verwarmd handdoekenrek, wasbak.

En nog belangrijker, de woonkamers, badkamer en keuken hebben al aluminium verwarmingsradiatoren. De vraag over leidingen en de ketel blijft open.

Hoe gegevens worden verzameld

De hydraulische berekening van het systeem is grotendeels gebaseerd op berekeningen met betrekking tot de berekening van verwarming over het oppervlak van de kamer.

Daarom moet u over de volgende informatie beschikken:

• de oppervlakte van elke individuele kamer;
• afmetingen raam- en deurverbinders (binnendeuren hebben vrijwel geen invloed op warmteverlies);
• klimatologische omstandigheden, kenmerken van de regio.

We gaan uit van de volgende gegevens. De oppervlakte van de gemeenschappelijke ruimte is 18,83 m², slaapkamer - 14,86 m², keuken - 10,46 m², balkon - 7,83 m² (bedrag), gang - 9,72 m² (bedrag), badkamer - 3,60 m², toilet - 1,5 m². Toegangsdeuren - 2,20 m², etalage van de gemeenschappelijke ruimte - 8,1 m², slaapkamerraam - 1,96 m², keukenraam - 1,96 m².

De hoogte van de muren van het appartement is 2 meter 70 cm De buitenmuren zijn gemaakt van beton van klasse B7 plus binnenpleister, 300 mm dik.Binnenwanden en scheidingswanden - 120 mm, gewoon - 80 mm. Vloer en dienovereenkomstig plafond van betonplaten van klasse B15, dikte 200 mm.

De indeling van dit appartement biedt de mogelijkheid om een ​​enkele verwarmingstak te creëren die door de keuken, slaapkamer en gemeenschappelijke ruimte gaat, wat een gemiddelde temperatuur van 20-22⁰C in de kamers zal opleveren (+)

Hoe zit het met het milieu? Het appartement bevindt zich in het huis, dat is gelegen in het midden van een kleine stad microdistrict. De stad ligt in een bepaald laagland, de hoogte boven de zeespiegel is 130-150 m. Het klimaat is gematigd continentaal met koele winters en vrij warme zomers.

De gemiddelde jaartemperatuur, + 7,6 ° C. De gemiddelde temperatuur in januari is -6,6 ° C, juli + 18,7 ° C. Wind - 3,5 m / s, gemiddelde vochtigheid - 74%, regenval 569 mm.

Bij het analyseren van de klimatologische omstandigheden in de regio, moet worden opgemerkt dat we te maken hebben met een breed temperatuurbereik, wat op zijn beurt de speciale vereiste voor het aanpassen van het verwarmingssysteem van het appartement beïnvloedt.

Vermogen warmtegenerator

Een van de belangrijkste componenten van het verwarmingssysteem is een ketel: elektrisch, gas, gecombineerd - in dit stadium maakt het niet uit. Omdat het belangrijkste kenmerk van ons belangrijk is - vermogen, dat wil zeggen de hoeveelheid energie per tijdseenheid die aan verwarming wordt besteed.

Het vermogen van de ketel zelf wordt bepaald door onderstaande formule:

W ketel = (S kamer * W bedrijf) / 10,

waar:

• Sroom - de som van de oppervlakten van alle kamers die moeten worden verwarmd;
• Heeft - specifiek vermogen, rekening houdend met de klimatologische omstandigheden van de locatie (daarom was het nodig om het klimaat in de regio te kennen).

Wat kenmerkend is, voor verschillende klimaatzones hebben we de volgende gegevens:

• noordelijke gebieden - 1,5 - 2 kW / m²;
• centrale zone - 1-1,5 kW / m²;
• zuidelijke regio's - 0,6 - 1 kW / m².

Deze cijfers zijn vrij willekeurig, maar geven niettemin een duidelijk numeriek antwoord met betrekking tot de milieu-impact op het verwarmingssysteem van het appartement.

Deze kaart toont klimaatzones met verschillende temperatuuromstandigheden. De locatie van de behuizing ten opzichte van de zone en hoeveel u moet uitgeven aan het verwarmen van een vierkante meter energie (+)

De som van de oppervlakte van het appartement die verwarmd moet worden is gelijk aan de totale oppervlakte van het appartement en is gelijk aan 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (minus het balkon). Het specifieke vermogen van de ketel voor de centrale regio met koude winters is 1,4 kW / m2. In ons voorbeeld komt het berekende vermogen van de verwarmingsketel dus overeen met 8,08 kW.

Dynamische vloeistofparameters

We gaan door naar de volgende fase van berekeningen - analyse van het koelmiddelverbruik. In de meeste gevallen verschilt het verwarmingssysteem van een appartement van andere systemen - dit komt door het aantal verwarmingspanelen en de lengte van de pijpleiding. Druk wordt gebruikt als een extra "stuwende kracht" van de stroom verticaal door het systeem.

In particuliere gebouwen met één of meerdere verdiepingen, oude appartementsgebouwen van het paneeltype, worden hogedrukverwarmingssystemen gebruikt, waardoor warmteafgevende stoffen naar alle secties van een vertakt, meervoudig verwarmingssysteem kunnen worden getransporteerd en water naar de volledige hoogte (tot de 14e verdieping) van het gebouw kan worden verhoogd.

Integendeel, een gewoon 2- of 3-kamerappartement met onafhankelijke verwarming heeft niet zoveel verschillende ringen en takken van het systeem; het bevat niet meer dan drie circuits.

Dit betekent dat het koelmiddel wordt getransporteerd via het natuurlijke proces van waterstroming. Maar je kunt ook gebruiken circulatiepompen, verwarming wordt verzorgd door een gas / elektrische boiler.

Voor het verwarmen van ruimtes boven 100 m adviseren wij een circulatiepomp te gebruiken². De pomp kan zowel voor als na de ketel worden gemonteerd, maar wordt meestal op de “retour” gezet - lagere temperatuur drager, minder luchttoevoer, langere levensduur van de pomp

Specialisten in het ontwerp en de installatie van verwarmingssystemen bepalen twee hoofdbenaderingen voor het berekenen van het koelvloeistofvolume:

1. Volgens de werkelijke capaciteit van het systeem. Alle volumes van holtes, zonder uitzondering, waar de stroom van warm water zal stromen, worden samengevat: de som van individuele buissecties, secties van radiatoren, enz. Maar dit is een nogal tijdrovende optie.
2. Door ketelvermogen. Hier liepen de meningen van experts sterk uiteen, sommigen zeggen 10, anderen 15 liter per eenheid capaciteit van de ketel.

Vanuit pragmatisch oogpunt moet men er rekening mee houden dat het verwarmingssysteem waarschijnlijk niet alleen warm water voor de kamer zal leveren, maar ook het water voor bad / douche, wastafel, wastafel en droger, en misschien ook voor een hydromassage of jacuzzi. Deze optie is eenvoudiger.

Daarom raden we in dit geval aan om 13,5 liter per eenheid vermogen te installeren. Als we dit aantal vermenigvuldigen met het ketelvermogen (8,08 kW), krijgen we het berekende volume watermassa - 109,08 liter.

De berekende snelheid van de koelvloeistof in het systeem is precies die parameter waarmee u een specifieke buisdiameter voor het verwarmingssysteem kunt selecteren.

Het wordt berekend met de volgende formule:

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

waar:

• W - ketelvermogen;
• t - temperatuur van het geleverde water;
• aan - watertemperatuur in het retourcircuit;
• k - ketelrendement (0,95 voor gasketel).

Als we de berekende gegevens in de formule vervangen, hebben we: (0,86 * 8080 * 0,95) / 80-60 = 6601,36 / 20 = 330 kg / uur. Dus, in een uur beweegt 330 l koelvloeistof (water) in het systeem en de capaciteit van het systeem is ongeveer 110 l.

Bepaling van de buisdiameter

Voor de uiteindelijke bepaling van de diameter en dikte van de verwarmingsbuizen blijft het om het probleem van warmteverlies te bespreken.

De maximale hoeveelheid warmte verlaat de kamer via de muren - tot 40%, via de ramen - 15%, de vloer - 10%, al het andere via het plafond / dak. Het appartement kenmerkt zich door verliezen voornamelijk door ramen en balkonmodules

Er zijn verschillende soorten warmteverlies in verwarmde ruimtes:

1. Drukverlies van de leiding. Deze parameter is recht evenredig met het product van het specifieke wrijvingsverlies in de buis (geleverd door de fabrikant) door de totale buislengte. Maar gezien de huidige taak kunnen dergelijke verliezen worden genegeerd.
2. Kopverlies bij lokale leidingweerstanden - Warmtekosten op fittingen en binnenuitrusting. Maar gezien de omstandigheden van het probleem, een klein aantal pasbochten en het aantal radiatoren, kunnen dergelijke verliezen worden verwaarloosd.
3. Warmteverliezen op basis van de locatie van het appartement. Er is een ander type warmtekosten, maar deze zijn meer gerelateerd aan de locatie van de kamer dan aan de rest van het gebouw. Bij een gewoon appartement, dat in het midden van het huis is gelegen en naast links / rechts / boven / onder grenst aan andere appartementen, is het warmteverlies via de zijwanden, plafond en vloer praktisch gelijk aan “0”.

U kunt alleen verliezen in rekening brengen via de voorkant van het appartement - een balkon en het centrale raam van de gemeenschappelijke ruimte. Maar deze vraag wordt gesloten vanwege de toevoeging van 2-3 secties aan elk van de radiatoren.

De waarde van de diameter van de buizen wordt geselecteerd op basis van de stroom van het koelmiddel en de snelheid van de circulatie in de verwarmingsleiding

Bij het analyseren van de bovenstaande informatie is het vermeldenswaard dat voor de berekende snelheid van warm water in het verwarmingssysteem de tabellarische bewegingssnelheid van waterdeeltjes ten opzichte van de buiswand in een horizontale positie van 0,3-0,7 m / s bekend is.

Om de meester te helpen, presenteren we de zogenaamde checklist van berekeningen voor een typische hydraulische berekening van een verwarmingssysteem:

• gegevensverzameling en berekening van het ketelvermogen;
• volume en snelheid van de warmtedrager;
• warmteverlies en buisdiameter.

Soms kunt u bij een verkeerde berekening een voldoende grote buisdiameter krijgen om het berekende volume van de koelvloeistof te blokkeren. Dit probleem kan worden opgelost door de cilinderinhoud te vergroten of door een extra expansievat toe te voegen.

Op onze site staat een blok artikelen gewijd aan de berekening van het verwarmingssysteem, we raden u aan om te lezen:

1. Thermische berekening van een verwarmingssysteem: hoe de belasting op een systeem correct te berekenen
2. Berekening van waterverwarming: formules, regels, voorbeelden van implementatie
3. Thermotechnische berekening van een gebouw: details en formules voor het uitvoeren van berekeningen + praktische voorbeelden

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Kenmerken, voor- en nadelen van natuurlijke en geforceerde circulatiesystemen voor het verwarmingsmedium:

Door de hydraulische berekening samen te vatten, hebben we specifieke fysieke kenmerken van het toekomstige verwarmingssysteem verkregen.

Dit is natuurlijk een vereenvoudigd berekeningsschema, dat bij benadering gegevens geeft over de hydraulische berekening voor het verwarmingssysteem van een typisch tweekamerappartement.

Zelfstandig een hydraulische berekening van het verwarmingssysteem uitvoeren? Of zijn ze het misschien niet eens met het vermelde materiaal? We kijken uit naar uw opmerkingen en vragen - het feedbackblok vindt u hieronder.