Tính toán thủy lực của hệ thống sưởi ấm trên một ví dụ cụ thể

Sưởi ấm dựa trên lưu thông nước nóng là lựa chọn phổ biến nhất để sắp xếp một ngôi nhà riêng. Đối với thiết kế hệ thống có thẩm quyền, cần phải có kết quả phân tích sơ bộ, cái gọi là tính toán thủy lực của hệ thống sưởi ấm, liên kết áp suất trong tất cả các phần của mạng với đường kính ống.

Bài báo trình bày mô tả chi tiết kỹ thuật tính toán. Để hiểu rõ hơn về thuật toán hành động, chúng tôi đã kiểm tra quy trình tính toán bằng một ví dụ cụ thể.

Tuân thủ trình tự được mô tả, sẽ có thể xác định đường kính tối ưu của chính, số lượng thiết bị sưởi ấm, công suất lò hơi và các thông số hệ thống khác cần thiết để sắp xếp một nguồn cung cấp nhiệt riêng hiệu quả.

Khái niệm tính toán thủy lực

Yếu tố quyết định trong sự phát triển công nghệ của các hệ thống sưởi ấm đã trở thành tiết kiệm năng lượng thông thường. Mong muốn tiết kiệm tiền làm cho một cách tiếp cận cẩn thận hơn để thiết kế, lựa chọn vật liệu, phương pháp lắp đặt và vận hành sưởi ấm cho ngôi nhà.

Do đó, nếu bạn quyết định tạo ra một hệ thống sưởi ấm độc đáo và chủ yếu là kinh tế cho căn hộ hoặc nhà của bạn, thì chúng tôi khuyên bạn nên tự làm quen với các quy tắc tính toán và thiết kế.

Trước khi xác định tính toán thủy lực của hệ thống, bạn cần hiểu rõ và rõ ràng rằng hệ thống sưởi ấm riêng lẻ của một căn hộ và một ngôi nhà được đặt ở điều kiện có độ lớn hơn so với hệ thống sưởi ấm trung tâm của một tòa nhà lớn.

Một hệ thống sưởi ấm cá nhân dựa trên cách tiếp cận cơ bản khác nhau đối với các khái niệm về nhiệt và năng lượng.

Bản chất của tính toán thủy lực là tốc độ dòng chất làm mát không được đặt trước với xấp xỉ đáng kể với các thông số thực, nhưng được xác định bằng cách liên kết đường kính ống với các thông số áp suất trong tất cả các vòng của hệ thống

Nó là đủ để thực hiện một so sánh tầm thường của các hệ thống này theo các tham số sau đây.

1. Hệ thống sưởi ấm trung tâm (nồi hơi-nhà-căn hộ) dựa trên các loại năng lượng tiêu chuẩn - than, gas. Trong một hệ thống tự trị, bạn có thể sử dụng hầu hết mọi chất có nhiệt độ đốt cháy đặc biệt cao hoặc kết hợp nhiều vật liệu dạng lỏng, rắn, dạng hạt.
2. DSP được xây dựng trên các yếu tố thông thường: ống kim loại, pin vụng về vụng trộm, van ngắt. Một hệ thống sưởi ấm riêng biệt cho phép bạn kết hợp nhiều yếu tố: bộ tản nhiệt đa phần với khả năng tản nhiệt tốt, bộ điều nhiệt công nghệ cao, các loại ống khác nhau (PVC và đồng), vòi, phích cắm, phụ kiện và tất nhiên là nồi hơi tiết kiệm hơn, máy bơm tuần hoàn.
3. Nếu bạn đi vào căn hộ của một ngôi nhà bảng thông thường được xây dựng cách đây khoảng 20 - 40 năm, chúng ta sẽ thấy rằng hệ thống sưởi có sự xuất hiện của pin 7 cell dưới cửa sổ trong mỗi phòng của căn hộ cộng với một đường ống thẳng đứng xuyên qua toàn bộ ngôi nhà (riser), mà bạn có thể "giao tiếp" với hàng xóm trên / dưới. Cho dù đó là một hệ thống sưởi ấm tự trị (ASO), nó cho phép bạn xây dựng một hệ thống phức tạp, có tính đến mong muốn cá nhân của cư dân trong căn hộ.
4. Không giống như DSP, một hệ thống sưởi ấm riêng biệt có tính đến một danh sách các thông số khá ấn tượng ảnh hưởng đến việc truyền, tiêu thụ năng lượng và mất nhiệt. Chế độ nhiệt độ của môi trường, phạm vi nhiệt độ cần thiết trong cơ sở, diện tích và thể tích của phòng, số lượng cửa sổ và cửa ra vào, mục đích của cơ sở, v.v.

Do đó, tính toán thủy lực của hệ thống sưởi ấm (GRSO) là một tập hợp có điều kiện các đặc tính tính toán của hệ thống sưởi ấm, cung cấp thông tin toàn diện về các thông số như đường kính ống, số lượng bộ tản nhiệt và van.

Loại tản nhiệt này đã được lắp đặt trong hầu hết các nhà bảng trong không gian hậu Xô Viết. Tiết kiệm vật liệu và thiếu ý tưởng thiết kế trên khuôn mặt

GRSO cho phép bạn chọn máy bơm nước vòng phù hợp (nồi hơi sưởi ấm) để vận chuyển nước nóng đến các bộ phận cuối cùng của hệ thống sưởi ấm (tản nhiệt) và cuối cùng, có hệ thống cân bằng nhất, ảnh hưởng trực tiếp đến đầu tư tài chính trong việc sưởi ấm nhà.

Một loại tản nhiệt sưởi ấm khác cho DSP. Đây là một sản phẩm linh hoạt hơn có thể có bất kỳ số cạnh. Vì vậy, bạn có thể tăng hoặc giảm diện tích truyền nhiệt

Trình tự các bước tính toán

Nói về tính toán của hệ thống sưởi ấm, chúng tôi lưu ý rằng quy trình này là mơ hồ và quan trọng nhất về mặt thiết kế.

Trước khi thực hiện tính toán, bạn cần thực hiện phân tích sơ bộ hệ thống trong tương lai, ví dụ:

• thiết lập cân bằng nhiệt trong tất cả và cụ thể từng phòng của căn hộ;
• chọn bộ điều nhiệt, van và bộ điều chỉnh áp suất;
• xác định các khu vực của hệ thống với mức tiêu thụ tối đa và tối thiểu của chất mang nhiệt.

Ngoài ra, cần xác định sơ đồ vận chuyển chung của chất làm mát: mạch đầy đủ và nhỏ, hệ thống ống đơn hoặc đường cao tốc hai ống.

Theo kết quả tính toán thủy lực, chúng tôi có được một số đặc điểm quan trọng của hệ thống thủy lực cung cấp câu trả lời cho các câu hỏi sau:

• những gì nên được sức mạnh của nguồn sưởi ấm;
• tốc độ dòng chảy và tốc độ của chất làm mát là gì;
• đường kính chính của đường ống chính là cần thiết;
• những tổn thất có thể có của nhiệt và khối lượng của chất làm mát là gì.

Một khía cạnh quan trọng khác của tính toán thủy lực là quy trình cân bằng (liên kết) của tất cả các bộ phận (nhánh) của hệ thống trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt với sự trợ giúp của các thiết bị điều khiển.

Có một số loại sản phẩm sưởi ấm chính: gang và nhôm nhiều mặt, bảng thép, bộ tản nhiệt lưỡng kim và hệ số. Nhưng phổ biến nhất là tản nhiệt đa phần bằng nhôm

Khu vực giải quyết của đường ống là một phần có đường kính không đổi của chính đường ống, cũng như dòng nước nóng không thay đổi, được xác định theo công thức cân bằng nhiệt của các phòng. Việc liệt kê các vùng thiết kế bắt đầu từ một máy bơm hoặc nguồn nhiệt.

Điều kiện ban đầu của ví dụ

Để giải thích cụ thể hơn về tất cả các chi tiết của tính toán sai thủy lực, chúng tôi lấy một ví dụ cụ thể về nhà ở thông thường. Trong kho, chúng tôi có một căn hộ 2 phòng cổ điển của một ngôi nhà bảng điều khiển với tổng diện tích 65,54 m², bao gồm hai phòng, một nhà bếp, nhà vệ sinh và phòng tắm riêng biệt, hành lang đôi, ban công đôi.

Sau khi đi vào hoạt động, chúng tôi nhận được thông tin sau đây về sự sẵn sàng của căn hộ. Các căn hộ được mô tả bao gồm các bức tường phủ và sơn lót làm bằng các cấu trúc bê tông cốt thép nguyên khối, cửa sổ hồ sơ với hai kính buồng, cửa bên trong ép bạo, và gạch men trên sàn phòng tắm.

Một ngôi nhà bảng 9 tầng điển hình với bốn lối vào. Có 3 căn hộ trên mỗi tầng: một 2 phòng và hai 3 phòng. Căn hộ nằm trên tầng năm

Ngoài ra, nhà ở được trình bày đã được trang bị dây đồng, bộ phân phối và nắp riêng, bếp ga, bồn tắm, chậu rửa mặt, nhà vệ sinh, đường ray khăn nóng, bồn rửa.

Và quan trọng nhất, phòng khách, phòng tắm và nhà bếp đã có bộ tản nhiệt bằng nhôm. Câu hỏi liên quan đến đường ống và nồi hơi vẫn mở.

Dữ liệu được thu thập như thế nào

Tính toán thủy lực của hệ thống phần lớn dựa trên các tính toán liên quan đến tính toán sưởi ấm trên diện tích phòng.

Do đó, bạn phải có các thông tin sau:

• diện tích của từng phòng riêng lẻ;
• kích thước của các kết nối cửa sổ và cửa ra vào (cửa bên trong hầu như không ảnh hưởng đến mất nhiệt);
• điều kiện khí hậu, đặc điểm của vùng.

Chúng tôi sẽ tiến hành từ các dữ liệu sau. Diện tích của phòng chung là 18,83 m², phòng ngủ - 14,86 m², bếp - 10,46 m², ban công - 7,83 m² (số tiền), hành lang - 9,72 m² (số tiền), phòng tắm - 3,60 m², nhà vệ sinh - 1,5 m². Cửa ra vào - 2,20 m², cửa sổ hiển thị của phòng sinh hoạt chung - 8.1 m², cửa sổ phòng ngủ - 1,96 m², cửa sổ nhà bếp - 1,96 m².

Chiều cao của các bức tường của căn hộ là 2 mét 70 cm. Các bức tường bên ngoài được làm bằng bê tông của lớp B7 cộng với thạch cao bên trong, dày 300 mm.Tường và vách ngăn bên trong - mang 120 mm, thông thường - 80 mm. Sàn và, theo đó, trần của tấm bê tông loại B15, dày 200 mm.

Bố cục của căn hộ này cung cấp cơ hội để tạo một nhánh sưởi ấm duy nhất đi qua nhà bếp, phòng ngủ và phòng sinh hoạt chung, sẽ cung cấp nhiệt độ trung bình 20-22⁰C trong các phòng (+)

Còn môi trường thì sao? Căn hộ nằm trong ngôi nhà, nằm giữa một thị trấn nhỏ siêu nhỏ. Thành phố nằm ở một vùng đất thấp nhất định, độ cao so với mực nước biển là 130-150 m. Khí hậu lục địa ôn đới với mùa đông mát mẻ và mùa hè khá ấm áp.

Nhiệt độ trung bình hàng năm, + 7.6 ° C. Nhiệt độ trung bình tháng 1 là -6,6 ° C, tháng 7 + 18,7 ° C. Gió - 3,5 m / s, độ ẩm trung bình - 74%, lượng mưa 569 mm.

Phân tích các điều kiện khí hậu của khu vực, cần lưu ý rằng chúng ta đang phải đối phó với một phạm vi nhiệt độ rộng, điều này ảnh hưởng đến yêu cầu đặc biệt để điều chỉnh hệ thống sưởi ấm của căn hộ.

Máy phát nhiệt

Một trong những thành phần chính của hệ thống sưởi ấm là nồi hơi: điện, gas, kết hợp - ở giai đoạn này không thành vấn đề. Vì đặc tính chính của nó rất quan trọng đối với chúng ta - sức mạnh, nghĩa là, lượng năng lượng trên một đơn vị thời gian sẽ được sử dụng để sưởi ấm.

Sức mạnh của chính lò hơi được xác định theo công thức dưới đây:

Lò hơi W = (phòng S * kinh doanh W) / 10,

trong đó:

• Phòng - tổng diện tích của tất cả các phòng cần sưởi ấm;
• Đã làm - sức mạnh cụ thể có tính đến các điều kiện khí hậu của địa điểm (đó là lý do tại sao cần phải biết khí hậu của khu vực).

Đặc điểm là gì, đối với các vùng khí hậu khác nhau, chúng tôi có dữ liệu sau:

• khu vực phía bắc - 1,5 - 2 kw / m²;
• khu trung tâm - 1 - 1,5 kw / m²;
• khu vực phía nam - 0,6 - 1 kw / m².

Những con số này khá độc đoán, tuy nhiên vẫn đưa ra câu trả lời rõ ràng về mặt số lượng liên quan đến tác động môi trường đối với hệ thống sưởi ấm của căn hộ.

Bản đồ này cho thấy các vùng khí hậu với các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Vị trí của nhà ở so với khu vực và bạn cần chi bao nhiêu cho việc sưởi ấm một mét vuông năng lượng (+)

Tổng diện tích của căn hộ cần được sưởi ấm bằng tổng diện tích của căn hộ và bằng, nghĩa là, 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (trừ ban công). Công suất cụ thể của lò hơi cho khu vực trung tâm với mùa đông lạnh là 1,4 kW / m2. Do đó, trong ví dụ của chúng tôi, công suất tính toán của nồi hơi sưởi ấm tương đương với 8,08 mã lực.

Thông số chất lỏng động

Chúng tôi tiến hành giai đoạn tiếp theo của tính toán - phân tích tiêu thụ chất làm mát. Trong hầu hết các trường hợp, hệ thống sưởi ấm của một căn hộ khác với các hệ thống khác - điều này là do số lượng tấm sưởi và chiều dài của đường ống. Áp lực được sử dụng như một lực đẩy lái bổ sung khác của dòng chảy theo chiều dọc thông qua hệ thống.

Trong các tòa nhà một tầng và nhiều tầng tư nhân, các tòa nhà chung cư kiểu cũ, hệ thống sưởi áp suất cao được sử dụng, cho phép vận chuyển chất giải phóng nhiệt đến tất cả các phần của hệ thống sưởi ấm nhiều vòng phân nhánh và nâng nước lên toàn bộ chiều cao (lên đến tầng 14) của tòa nhà.

Ngược lại, một căn hộ 2 hoặc 3 phòng thông thường có hệ thống sưởi độc lập không có nhiều loại vòng và nhánh của hệ thống, nó bao gồm không quá ba mạch.

Điều này có nghĩa là chất làm mát được vận chuyển bằng cách sử dụng quá trình tự nhiên của dòng nước. Nhưng bạn cũng có thể sử dụng bơm tuần hoàn, sưởi ấm được cung cấp bởi một lò hơi gas / điện.

Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng máy bơm tuần hoàn cho các phòng sưởi ấm trên 100 m². Máy bơm có thể được gắn cả trước và sau nồi hơi, nhưng thông thường, nó được đặt trên máy quay trở lại, - nhiệt độ thấp hơn, cung cấp ít khí hơn, tuổi thọ bơm dài hơn

Các chuyên gia trong việc thiết kế và lắp đặt hệ thống sưởi ấm xác định hai phương pháp chính trong việc tính toán khối lượng chất làm mát:

1. Theo năng lực thực tế của hệ thống. Tất cả các thể tích sâu răng, không có ngoại lệ, nơi dòng nước nóng sẽ chảy được tổng hợp lại: tổng của các đoạn ống riêng lẻ, các phần của bộ tản nhiệt, v.v. Nhưng đây là một lựa chọn khá tốn thời gian.
2. Bằng công suất lò hơi. Ở đây, ý kiến ​​của các chuyên gia chuyển hướng rất nhiều, một số người cho rằng 10, số khác là 15 lít cho mỗi đơn vị công suất của lò hơi.

Từ quan điểm thực dụng, người ta phải tính đến thực tế là hệ thống sưởi ấm có thể sẽ không chỉ cung cấp nước nóng cho căn phòng, mà còn làm nóng nước cho bồn tắm / vòi hoa sen, chậu rửa mặt, bồn rửa và máy sấy, và cũng có thể cho thủy lực hoặc bể sục. Tùy chọn này đơn giản hơn.

Do đó, trong trường hợp này, chúng tôi khuyên bạn nên cài đặt 13,5 lít cho mỗi đơn vị năng lượng. Nhân số này với công suất lò hơi (8,08 mã lực), chúng ta có được thể tích khối lượng nước tính toán - 109,08 lít.

Vận tốc tính toán của chất làm mát trong hệ thống chính xác là thông số đó cho phép bạn chọn đường kính ống cụ thể cho hệ thống sưởi.

Nó được tính theo công thức sau:

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

trong đó:

• W - công suất lò hơi;
• t - nhiệt độ của nước được cung cấp;
• để - nhiệt độ nước trong mạch trở lại;
• k - hiệu suất lò hơi (0,95 đối với lò hơi gas).

Thay thế dữ liệu tính toán trong công thức, chúng ta có: (0,86 * 8080 * 0,95) / 80-60 = 6601,36 / 20 = 330kg / h. Do đó, trong một giờ, 330 l chất làm mát (nước) di chuyển trong hệ thống, và dung tích của hệ thống là khoảng 110 l.

Xác định đường kính ống

Để xác định cuối cùng về đường kính và độ dày của các ống sưởi, vẫn còn phải thảo luận về vấn đề mất nhiệt.

Lượng nhiệt tối đa rời khỏi phòng qua các bức tường - lên tới 40%, qua các cửa sổ - 15%, sàn nhà - 10%, mọi thứ khác thông qua trần / mái nhà. Căn hộ được đặc trưng bởi tổn thất chủ yếu thông qua các cửa sổ và mô-đun ban công

Có một số loại mất nhiệt trong phòng nóng:

1. Mất áp suất ống. Thông số này tỷ lệ thuận với sản phẩm tổn thất ma sát cụ thể bên trong đường ống (do nhà sản xuất cung cấp) theo tổng chiều dài ống. Nhưng với nhiệm vụ hiện tại, những mất mát như vậy có thể được bỏ qua.
2. Mất đầu ở điện trở ống địa phương - Chi phí nhiệt trên phụ kiện và thiết bị bên trong. Nhưng với các điều kiện của vấn đề, một số ít uốn cong phù hợp và số lượng bộ tản nhiệt, tổn thất như vậy có thể được bỏ qua.
3. Tổn thất nhiệt dựa trên vị trí căn hộ. Có một loại chi phí nhiệt khác, nhưng chúng liên quan nhiều hơn đến vị trí của căn phòng so với phần còn lại của tòa nhà. Đối với một căn hộ bình thường, nằm ở giữa nhà và liền kề bên trái / phải / trên / dưới với các căn hộ khác, sự mất nhiệt qua các bức tường bên, trần và sàn thực tế bằng với 0 0.

Bạn chỉ có thể tính đến tổn thất thông qua mặt trước của căn hộ - một ban công và cửa sổ trung tâm của phòng chung. Nhưng vấn đề này đang được đóng lại bằng cách thêm 2-3 phần vào mỗi bộ tản nhiệt.

Giá trị của đường kính của các đường ống được chọn theo lưu lượng của chất làm mát và tốc độ lưu thông của nó trong hệ thống sưởi chính

Phân tích các thông tin trên, điều đáng chú ý là đối với tốc độ tính toán của nước nóng trong hệ thống sưởi ấm, tốc độ chuyển động dạng bảng của các hạt nước so với thành ống ở vị trí nằm ngang 0,3-0,7 m / s đã được biết.

Để giúp chủ, chúng tôi trình bày danh sách kiểm tra các tính toán được gọi là tính toán thủy lực điển hình của hệ thống sưởi ấm:

• thu thập dữ liệu và tính toán công suất lò hơi;
• khối lượng và tốc độ của chất mang nhiệt;
• mất nhiệt và đường kính ống.

Đôi khi khi tính toán sai, bạn có thể lấy đường kính ống đủ lớn để chặn thể tích tính toán của chất làm mát. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách tăng dịch chuyển nồi hơi hoặc bằng cách thêm một bể mở rộng bổ sung.

Trên trang web của chúng tôi có một khối các bài viết dành cho việc tính toán hệ thống sưởi ấm, chúng tôi khuyên bạn nên đọc:

1. Tính toán nhiệt của hệ thống sưởi: cách tính chính xác tải trên hệ thống
2. Tính toán nước nóng: công thức, quy tắc, ví dụ thực hiện
3. Tính toán nhiệt kỹ thuật của một tòa nhà: chi tiết cụ thể và công thức để thực hiện tính toán + ví dụ thực tế

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Các tính năng, ưu điểm và nhược điểm của hệ thống tuần hoàn tự nhiên và cưỡng bức đối với môi trường sưởi ấm:

Kết quả tính toán thủy lực, do đó, chúng tôi đã thu được các đặc tính vật lý cụ thể của hệ thống sưởi ấm trong tương lai.

Đương nhiên, đây là sơ đồ tính toán đơn giản, cung cấp dữ liệu gần đúng về tính toán thủy lực cho hệ thống sưởi ấm của một căn hộ hai phòng điển hình.

Cố gắng độc lập thực hiện một tính toán thủy lực của hệ thống sưởi ấm? Hoặc có thể họ không đồng ý với các tài liệu đã nêu? Chúng tôi mong nhận được ý kiến ​​và câu hỏi của bạn - khối phản hồi được đặt bên dưới.