Cálculo hidráulico do sistema de aquecimento em um exemplo específico

Aquecimento com base na circulação de água quente é a opção mais comum para organizar uma casa particular. Para um projeto de sistema competente, é necessário obter resultados de análises preliminares, o chamado cálculo hidráulico do sistema de aquecimento, ligando a pressão em todas as seções da rede com os diâmetros dos tubos.

O artigo apresentado descreve em detalhes a técnica de cálculo. Para entender melhor o algoritmo de ações, examinamos o procedimento de cálculo usando um exemplo específico.

Seguindo a sequência descrita, será possível determinar o diâmetro ótimo do principal, o número de dispositivos de aquecimento, a potência da caldeira e outros parâmetros do sistema necessários para organizar um suprimento de calor individual eficaz.

O conceito de cálculo hidráulico

O fator determinante no desenvolvimento tecnológico dos sistemas de aquecimento tornou-se a economia de energia usual. O desejo de economizar dinheiro faz uma abordagem mais cuidadosa ao design, seleção de materiais, métodos de instalação e operação de aquecimento para o lar.

Portanto, se você decidir criar um sistema de aquecimento exclusivo e principalmente econômico para o seu apartamento ou casa, recomendamos que você se familiarize com as regras de cálculo e design.

Antes de definir o cálculo hidráulico do sistema, você precisa entender clara e claramente que o sistema de aquecimento individual de um apartamento e uma casa está localizado condicionalmente em uma ordem de magnitude superior ao sistema de aquecimento central de um grande edifício.

Um sistema de aquecimento pessoal é baseado em uma abordagem fundamentalmente diferente dos conceitos de calor e energia.

A essência do cálculo hidráulico é que a vazão do líquido refrigerante não é definida antecipadamente com uma aproximação significativa aos parâmetros reais, mas é determinada pela ligação dos diâmetros do tubo aos parâmetros de pressão em todos os anéis do sistema

É suficiente realizar uma comparação trivial desses sistemas nos seguintes parâmetros.

1. O sistema de aquecimento central (caldeira-casa-apartamento) é baseado em tipos padrão de energia - carvão, gás. Em um sistema autônomo, você pode usar quase qualquer substância que tenha um alto calor específico de combustão ou uma combinação de vários materiais granulares líquidos, sólidos.
2. O DSP é construído com elementos convencionais: tubos de metal, baterias "desajeitadas", válvulas de corte. Um sistema de aquecimento individual permite combinar uma variedade de elementos: radiadores de várias seções com boa dissipação de calor, termostatos de alta tecnologia, diferentes tipos de tubos (PVC e cobre), torneiras, bujões, conexões e, claro, suas próprias caldeiras mais econômicas, bombas de circulação.
3. Se você entrar no apartamento de uma casa de painel típica construída cerca de 20 a 40 anos atrás, veremos que o sistema de aquecimento se resume à presença de uma bateria de 7 células sob a janela em cada cômodo do apartamento, além de um tubo vertical em toda a casa (riser), com o qual você pode "se comunicar" vizinhos acima / abaixo. Seja um sistema de aquecimento autônomo (ASO), permite criar um sistema de qualquer complexidade, levando em consideração os desejos individuais dos moradores do apartamento.
4. Ao contrário do DSP, um sistema de aquecimento separado leva em consideração uma lista bastante impressionante de parâmetros que afetam a transmissão, o consumo de energia e a perda de calor. O regime de temperatura do ambiente, a faixa de temperatura necessária nas instalações, a área e o volume da sala, o número de janelas e portas, a finalidade das instalações, etc.

Assim, o cálculo hidráulico do sistema de aquecimento (GRSO) é um conjunto condicional de características calculadas do sistema de aquecimento, que fornece informações abrangentes sobre parâmetros como diâmetro do tubo, número de radiadores e válvulas.

Esse tipo de radiador foi instalado na maioria das casas de painéis no espaço pós-soviético. Economias em materiais e a falta de uma ideia de design "na cara"

O GRSO permite que você escolha a bomba de água do anel correta (caldeira de aquecimento) para transportar água quente até os elementos finais do sistema de aquecimento (radiadores) e, no final, tenha o sistema mais equilibrado, o que afeta diretamente os investimentos financeiros no aquecimento da casa.

Outro tipo de radiador de aquecimento para DSP. Este é um produto mais versátil que pode ter qualquer número de arestas. Então você pode aumentar ou diminuir a área de transferência de calor

Sequência de etapas de cálculo

Falando sobre o cálculo do sistema de aquecimento, observamos que esse procedimento é o mais ambíguo e importante em termos de design.

Antes de executar o cálculo, é necessário fazer uma análise preliminar do sistema futuro, por exemplo:

• definir o equilíbrio térmico em todos e especificamente em cada cômodo do apartamento;
• selecione termostatos, válvulas e reguladores de pressão;
• identificar áreas do sistema com consumo máximo e mínimo de transportador de calor.

Além disso, é necessário determinar o esquema geral de transporte do líquido de refrigeração: circuito completo e pequeno, sistema de tubo único ou estrada de dois tubos.

Como resultado do cálculo hidráulico, obtemos várias características importantes do sistema hidráulico que fornecem respostas para as seguintes perguntas:

• qual deve ser a potência da fonte de aquecimento;
• qual é a vazão e a velocidade do líquido de refrigeração;
• que diâmetro do oleoduto principal do oleoduto é necessário;
• Quais são as possíveis perdas de calor e a massa do próprio líquido de refrigeração.

Outro aspecto importante do cálculo hidráulico é o procedimento de equilíbrio (ligação) de todas as partes (ramificações) do sistema durante condições térmicas extremas com a ajuda de dispositivos de controle.

Existem vários tipos principais de produtos de aquecimento: várias seções de ferro fundido e alumínio, painel de aço, radiadores bimetálicos e cobertas. Mas os mais comuns são os radiadores de várias seções de alumínio

A área de assentamento do oleoduto é uma seção com um diâmetro constante do próprio oleoduto, bem como um fluxo inalterado de água quente, que é determinado pela fórmula do balanço de calor das salas. A lista de zonas de design começa em uma bomba ou fonte de calor.

Condições iniciais do exemplo

Para uma explicação mais específica de todos os detalhes do erro de cálculo hidráulico, tomamos um exemplo concreto de um alojamento convencional. Em estoque, temos um apartamento clássico de 2 quartos de uma casa-painel com uma área total de 65,54 m², que inclui dois quartos, uma cozinha, banheiro e banheiro separados, corredor duplo, varanda dupla.

Após o comissionamento, recebemos as seguintes informações sobre a disponibilidade do apartamento. O apartamento descrito inclui paredes de concreto armado e escorvadas feitas de estruturas monolíticas de concreto armado, janelas de perfil com dois vidros de câmara, portas internas pressionadas por pneus e azulejos no chão do banheiro.

Uma casa de painel típica de 9 andares com quatro entradas. Existem 3 apartamentos em cada andar: um com 2 quartos e dois com 3 quartos. O apartamento está localizado no quinto andar

Além disso, a caixa apresentada já está equipada com fiação de cobre, dispensadores e uma aba separada, fogão a gás, banheira, lavatório, vaso sanitário, toalheiro aquecido, pia.

E o mais importante, as salas de estar, banheiro e cozinha já possuem radiadores de aquecimento de alumínio. A questão sobre tubulações e caldeira permanece em aberto.

Como os dados são coletados

O cálculo hidráulico do sistema é em grande parte baseado em cálculos relacionados ao cálculo de aquecimento na área da sala.

Portanto, você deve ter as seguintes informações:

• a área de cada quarto individual;
• dimensões dos conectores das janelas e das portas (portas internas quase não afetam a perda de calor);
• condições climáticas, características da região.

Continuaremos com os seguintes dados. A área da sala comum é de 18,83 m², quarto - 14.86 m², cozinha - 10.46 m², varanda - 7.83 m² (quantidade), corredor - 9.72 m² (quantidade), banheiro - 3.60 m², banheiro - 1.5 m². Portas de entrada - 2.20 m², vitrine da sala comum - 8,1 m², janela do quarto - 1.96 m², janela da cozinha - 1.96 m².

A altura das paredes do apartamento é de 2 metros e 70 cm e as paredes externas são de concreto da classe B7 mais gesso interno, com 300 mm de espessura.Paredes e divisórias internas - rolamento 120 mm, comuns - 80 mm. Piso e, consequentemente, teto de lajes de concreto da classe B15, espessura 200 mm.

O layout deste apartamento oferece a oportunidade de criar uma única ramificação de aquecimento que passa pela cozinha, quarto e sala comum, o que proporcionará uma temperatura média de 20 a 22⁰C nos quartos (+)

E o meio ambiente? O apartamento fica na casa, localizada no meio de um pequeno distrito da cidade. A cidade está localizada em uma certa planície, a altura acima do nível do mar é de 130 a 150 M. O clima é continental temperado, com invernos frios e verões relativamente quentes.

A temperatura média anual, + 7,6 ° C. A temperatura média em janeiro é -6,6 ° C, julho + 18,7 ° C. Vento - 3,5 m / s, umidade média - 74%, precipitação 569 mm.

Analisando as condições climáticas da região, deve-se notar que estamos lidando com uma ampla gama de temperaturas, o que, por sua vez, afeta o requisito especial para ajustar o sistema de aquecimento do apartamento.

Potência do gerador de calor

Um dos principais componentes do sistema de aquecimento é uma caldeira: elétrica, a gás, combinada - nesta fase, não importa. Como sua principal característica é importante para nós - energia, ou seja, a quantidade de energia por unidade de tempo que será gasta no aquecimento.

A potência da própria caldeira é determinada pela fórmula abaixo:

Caldeira W = (sala S * W comercial) / 10,

onde:

• Sroom - a soma das áreas de todos os quartos que precisam de aquecimento;
• Fez - potência específica, levando em consideração as condições climáticas do local (por isso foi necessário conhecer o clima da região).

O que é característico, para diferentes zonas climáticas, temos os seguintes dados:

• áreas do norte - 1,5 - 2 kW / m²;
• zona central - 1 - 1,5 kW / m²;
• regiões do sul - 0,6 - 1 kW / m².

Estes números são bastante arbitrários, mas, no entanto, fornecem uma resposta numérica clara em relação ao impacto ambiental no sistema de aquecimento do apartamento.

Este mapa mostra zonas climáticas com diferentes condições de temperatura. A localização do alojamento em relação à zona e quanto você precisa gastar no aquecimento de um metro quadrado de kW de energia (+)

A soma da área do apartamento que precisa ser aquecida é igual à área total do apartamento e é igual a, isto é, 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (menos a varanda). A potência específica da caldeira para a região central com invernos frios é de 1,4 kW / m2. Assim, no nosso exemplo, a potência calculada da caldeira de aquecimento é equivalente a 8,08 kW.

Parâmetros dinâmicos de fluidos

Prosseguimos para a próxima etapa dos cálculos - análise do consumo de refrigerante. Na maioria dos casos, o sistema de aquecimento de um apartamento difere de outros sistemas - isso se deve ao número de painéis de aquecimento e ao comprimento da tubulação. A pressão é usada como uma "força motriz" adicional do fluxo verticalmente através do sistema.

Em prédios particulares de um e vários andares, prédios antigos do tipo painel, sistemas de aquecimento de alta pressão são usados, o que permite transportar substâncias liberadoras de calor para todas as seções de um sistema de aquecimento ramificado e com vários anéis e elevar a água a toda a altura (até o 14º andar) do edifício.

Pelo contrário, um apartamento comum de 2 ou 3 quartos com aquecimento independente não possui uma variedade tão grande de anéis e ramificações do sistema, incluindo não mais que três circuitos.

Isso significa que o líquido de refrigeração é transportado usando o processo natural do fluxo de água. Mas você também pode usar bombas de circulação, o aquecimento é fornecido por uma caldeira a gás / elétrica.

Recomendamos o uso de uma bomba de circulação para aquecer salas acima de 100 m². A bomba pode ser montada antes e depois da caldeira, mas geralmente é colocada no "retorno" - temperatura mais baixa do transportador, menos suprimento de ar, maior vida útil da bomba

Especialistas no projeto e instalação de sistemas de aquecimento determinam duas abordagens principais em termos de cálculo do volume de refrigerante:

1. De acordo com a capacidade real do sistema. Todos os volumes de cavidades, sem exceção, nos quais o fluxo de água quente fluirá são resumidos: a soma de seções de tubos individuais, seções de radiadores, etc. Mas esta é uma opção bastante demorada.
2. Pelo poder da caldeira. Aqui, as opiniões dos especialistas divergiram muito, alguns dizem 10, outros 15 litros por unidade de capacidade da caldeira.

De um ponto de vista pragmático, deve-se levar em consideração o fato de que o sistema de aquecimento provavelmente não apenas fornecerá água quente para a sala, mas também aquecerá a água para a banheira / chuveiro, lavatório, pia e secadora, e talvez também para uma hidromassagem ou jacuzzi. Esta opção é mais simples.

Portanto, neste caso, recomendamos a instalação de 13,5 litros por unidade de energia. Multiplicando esse número pela potência da caldeira (8,08 kW), obtemos o volume calculado de massa de água - 109,08 litros.

A velocidade calculada do líquido de refrigeração no sistema é precisamente o parâmetro que permite selecionar um diâmetro de tubo específico para o sistema de aquecimento.

É calculado pela seguinte fórmula:

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

onde:

• W - potência da caldeira;
• t - temperatura da água fornecida;
• para - temperatura da água no circuito de retorno;
• k - eficiência da caldeira (0,95 para caldeira a gás).

Substituindo os dados calculados na fórmula, temos: (0,86 * 8080 * 0,95) / 80-60 = 6601,36 / 20 = 330kg / h. Assim, em uma hora, 330 l de líquido refrigerante (água) se movem no sistema, e a capacidade do sistema é de cerca de 110 l.

Determinação do diâmetro do tubo

Para a determinação final do diâmetro e espessura dos tubos de aquecimento, resta discutir a questão da perda de calor.

A quantidade máxima de calor sai da sala através das paredes - até 40%, pelas janelas - 15%, no piso - 10%, tudo o mais através do teto / teto. O apartamento é caracterizado por perdas principalmente através de janelas e módulos de varanda

Existem vários tipos de perda de calor em salas aquecidas:

1. Perda de pressão do tubo. Este parâmetro é diretamente proporcional ao produto da perda de atrito específica no interior do tubo (fornecida pelo fabricante) pelo comprimento total do tubo. Mas, dada a tarefa atual, essas perdas podem ser ignoradas.
2. Perda de carga nas resistências locais do tubo - Custos de calor em acessórios e equipamentos internos. Porém, dadas as condições do problema, um pequeno número de curvas de encaixe e o número de radiadores, essas perdas podem ser negligenciadas.
3. Perdas de calor com base na localização do apartamento. Há outro tipo de custo de aquecimento, mas eles estão mais relacionados à localização da sala em relação ao restante do edifício. Para um apartamento comum, localizado no meio da casa e adjacente à esquerda / direita / superior / inferior com outros apartamentos, a perda de calor através das paredes laterais, teto e piso é praticamente igual a "0".

Você só pode levar em conta as perdas na frente do apartamento - uma varanda e a janela central da sala comum. Mas esta questão está sendo encerrada devido à adição de 2 a 3 seções a cada um dos radiadores.

O valor do diâmetro dos tubos é selecionado de acordo com o fluxo do líquido de arrefecimento e a velocidade de sua circulação na tubulação principal de aquecimento.

Analisando as informações acima, é importante notar que, para a velocidade calculada da água quente no sistema de aquecimento, é conhecida a velocidade tabular do movimento das partículas de água em relação à parede do tubo na posição horizontal de 0,3-0,7 m / s.

Para ajudar o mestre, apresentamos a chamada lista de verificação de cálculos para um cálculo hidráulico típico de um sistema de aquecimento:

• coleta de dados e cálculo da potência da caldeira;
• volume e velocidade do transportador de calor;
• perda de calor e diâmetro do tubo.

Às vezes, ao calcular incorretamente, é possível obter um diâmetro de tubo suficientemente grande para bloquear o volume calculado do líquido de refrigeração. Esse problema pode ser resolvido aumentando o deslocamento da caldeira ou adicionando um tanque de expansão adicional.

Em nosso site, há um bloco de artigos dedicados ao cálculo do sistema de aquecimento, recomendamos que você leia:

1. Cálculo térmico de um sistema de aquecimento: como calcular corretamente a carga em um sistema
2. Cálculo do aquecimento da água: fórmulas, regras, exemplos de implementação
3. Cálculo termotécnico de um edifício: especificações e fórmulas para a realização de cálculos + exemplos práticos

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Características, vantagens e desvantagens dos sistemas de circulação natural e forçada para o meio de aquecimento:

Resumindo o cálculo hidráulico, como resultado, obtivemos características físicas específicas do futuro sistema de aquecimento.

Naturalmente, este é um esquema de cálculo simplificado, que fornece dados aproximados sobre o cálculo hidráulico do sistema de aquecimento de um apartamento típico de dois quartos.

Tentando executar independentemente um cálculo hidráulico do sistema de aquecimento? Ou talvez eles não concordem com o material indicado? Aguardamos seus comentários e perguntas - o bloco de comentários está localizado abaixo.