Скорость воды в трубах отопления

Скорость теплоносителя в системе отопления

Скорость воды в системе отопления

Для того, чтобы система водяного отопления правильно фунциклировала необходимо обеспечить нужную скорость теплоносителя в системе. Если скорость будет маленькая, обогрев помещения будет очень медленный и дальние радиаторы будут значительно холоднее ближних. Наоборот, если же скорость теплоносителя будет слишком большой, то сам теплоноситель не будет успевать нагреваться в котле, температура всей системы отопления будет ниже. Добавится и уровень шума. Как видим скорость теплоносителя в системе отопления – очень важный параметр. Разберёмся же подробнее – какая должна быть самая оптимальная скорость.

Системы отопления где происходит естественная циркуляция, как правило, имеют сравнительно низкую скорость теплоносителя. Перепад давления в трубах достигается правильным расположением котла, расширительного бачка и самих труб – прямых и обратки. Только правильный расчёт перед монтажом, позволяет добиться правильного, равномерного движения теплоносителя. Но всё равно инерционность отопительных систем с естественной циркуляцией жидкости очень большая. Результат – медленный прогрев помещений, маленький КПД. Главный плюс такой системы – это максимальная независимость от электроэнергии, нет электрических насосов.

Чаще всего в домах используется система отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя. Основным элементом такой системы является циркуляционный насос. Именно он ускоряет движение теплоносителя, от его характеристик зависит скорость жидкости в системе отопления.

Что влияет на скорость теплоносителя в системе отопления:

— схема системы отопления,
— вид теплоносителя,
— мощность, производительность циркуляционного насоса,
— из каких материалов изготовлены трубы и их диаметр,
— отсутствие воздушных пробок и засоров в трубах и радиаторах.

Для частного дома наиболее оптимальным будет скорость теплоносителя в пределах 0,5 – 1,5 м/с.
Для административно-бытовых зданиях – не более 2 м/с.
Для производственных помещений – не более 3 м/с.
Верхний предел скорости теплоносителя выбирается, в основном, из-за уровня шума в трубах.

Многие циркуляционные насосы имеют регулятор скорости потока жидкости, так что возможно подобрать наиболее оптимальную именно для вашей системы. Правильно нужно выбирать и сам насос. Не надо брать с большим запасом мощности, так как будет большее потребление электроэнергии. При большой протяжённости системы отопления, большом количестве контуров, этажности и так далее лучше устанавливать несколько насосов меньшей производительности. Например, отдельно поставить насос на тёплый пол, на второй этаж.

Скорость воды в системе отопления
Скорость воды в системе отопления Для того, чтобы система водяного отопления правильно фунциклировала необходимо обеспечить нужную скорость теплоносителя в системе. Если скорость будет маленькая,

Скорость движения воды в трубах системы отопления.

Thượng Tá Quân Đội Nhân Dân Việt Nam

Ох и дурют там вашего брата!
Ты чего хочешь-то? “Военную тайну” (как на самом деле надо делать) узнать, или курсовик сдать? Если только курсовик – то по методичке, которую преподаватель и написал и ничего иного не знает и знать не хочет. И если сделаешь как надо, еще и не примет.

1. Есть минимальная скорость движения воды. Это 0.2-0.3 м/с, из условия удаления воздуха.

2. Есть максимальная скорость, которая ограничивается, чтобы трубы не шумели. Теоретически это надо расчетом проверять и некоторые программы это делают. Практически же знающие люди пользуются указаниями старинного СНиП еще 1962 года, где была таблица предельных скоростей. Оттуда и по всем справочникам разошлось. Это 1,5 м/с при диаметре 40 и более, 1 м/с для диаметра 32, 0,8 м/с для диаметра 25. Для более мелких диаметров были другие ограничения но потом на них наплевали.

Допустимая скорость и теперь есть в пукте 6.4.6 (аж до 3 м/с) и в приложении Ж СНиП 41-01-2003, только “доценты с кандидатами” постарались, чтобы бедные студенты не смогли разобраться. Там и к уровню шума привязано, и к кмс и к прочей хрени.

Но допустимая – это совсем не оптимальная. Про оптимальную в СНиП вообще не упоминается.

3. Но все-таки есть и оптимальная скорость. Не какая-то 0,8-1,5, а самая настоящая. Вернее, не сама скорость, а оптимальный диаметр трубы (скорость-то не сама важна), причем с учетом всех факторов, включая металлоемкость, трудоемкость монтажа, комплектации да и гидравлической устойчивости.

Вот секретные формулы:

0.037*G^0.49 – для сборных магистралей
0.036*G^0.53 – для стояков отопления
0.034*G^0.49 – для ммагистралей ветки, пока нагрузка не уменьшится до 1/3
0.022*G^0.49 – для концевых участков ветки с нагрузкой в 1/3 от всей ветки

Здесь везде G – расход в т/ч, а получается внутренний диаметр в метрах, который надо округлить до ближайшего большего стандартного.

Ну, а правильные пацаны вообще никакими скоростями не задаются, а просто делают в жилых домах все стояки постоянного диаметра и все магистрали постоянного диаметра. Но тебе еще рано знать, какие именно диаметры.

Скорость движения воды в трубах системы отопления
Скорость движения воды в трубах системы отопления. Отопление

Скорость потока теплоносителя.

Гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления

Как видно из названия темы в расчёте участвуют такие параметры, связанные с гидравликой, как расход теплоносителя, скорость потока теплоносителя, гидравлическое сопротивление трубопроводов и арматуры. При этом между указанными параметрами существует полная взаимосвязь.

Например при увеличении скорости теплоносителя увеличивается гидравлическое сопротивление трубопровода. При увеличении расхода теплоносителя через трубопровод определённого диаметра скорость теплоносителя возрастает и естественно растёт гидравлическое сопротивление при этом изменяя диаметр в большую сторону скорость и гидравлическое сопротивление снижаются. Анализируя эти взаимосвязи гидравлический расчёт превращается в своего рода анализ параметров для обеспечения надёжной и эффективной работы системы и снижения затрат на материалы.

Система отопления состоит из четырёх основных компонентов это трубопроводы, отопительные приборы, теплогенератор, регулирующая и запорная арматура. Все элементы системы имеют свои характеристики гидравлического сопротивления и должны учитываться при расчёте. При этом, как было сказано выше, гидравлические характеристики не являются постоянными. Производители отопительного оборудования и материалов обычно приводят данные по гидравлическим характеристикам (удельные потери давления) на производимое ими материалы или оборудование.

Номограмма для гидравлического расчёта полипропиленовых трубопроводов производства фирмы FIRAT (Фират)

Удельные потери давления (потеря напора) трубопровода указано для 1 м.п. трубы.

Проанализировав номограмму вы более наглядно увидите ранее указанные взаимосвязи между параметрами.

Итак суть гидравлического расчёта мы определили.

Теперь пройдёмся отдельно по каждому из параметров.

Расход теплоносителя

Расход теплоносителя, для более широкого понимания количество теплоносителя, напрямую зависит от тепловой нагрузки которую теплоноситель должен переместить от теплогенератора к отопительному прибору.

Конкретно для гидравлического расчёта требуется определить расход теплоносителя на заданном расчётном участке. Что такое расчётный участок. Расчетным участком трубопровода принимается участок постоянного диаметра с неизменным расходом теплоносителя. Например если в состав ветки входят десять радиаторов ( условно каждый прибор мощностью 1 кВт) а общий расход теплоносителя рассчитан на перенос теплоносителем тепловой энергии равной 10 кВт. То первым участком будет участок от теплогенератора до первого в ветке радиатора (при условии что по всему участку постоянный диаметр) с расходом теплоносителя на перенос 10 кВт. Второй участок будет находится между первым и вторым радиатором с расходом на перенос тепловой энергии 9 кВт и так далее вплоть до последнего радиатора. Рассчитывается гидравлическое сопротивление как подающего трубопровода так и обратного.

Расход теплоносителя ( кг/час) для участка рассчитывается по формуле:

Qуч – тепловая нагрузка участка Вт. Например для вышеуказанного примера тепловая нагрузка первого участка равна 10 кВт или 1000 Вт.

с = 4,2 кДж/(кг·°С) – удельная теплоемкость воды

tг – расчетная температура горячего теплоносителя в системе отопления, °С

tо – расчетная температура охлажденного теплоносителя в системе отопления, °С.

Скорость потока теплоносителя.

Минимальный порог скорости теплоносителя рекомендуют принимать в пределах 0,2 – 0,25 м/с. На меньших скоростях начинается процесс выделения избыточного воздуха содержащегося в теплоносителе что может приводить к образованию воздушных пробок и как следствие полный либо частичный отказ работы системы отопления. Верхний порог скорости теплоносителя лежит в диапазоне 0,6 – 1,5 м/с. Соблюдение верхнего порога скорости позволяет избежать возникновение гидравлических шумов в трубопроводах. На практике было определён оптимальный диапазон скорости 0,3 – 0,7 м/с .

Более точный диапазон рекомендованной скорости теплоносителя зависит от материала трубопроводов применяемых в системе отопления а точнее от коэффициента шероховатости внутренней поверхности трубопроводов . Например для стальных трубопроводов лучше придерживаться скорости теплоносителя от 0,25 до 0,5 м/с для медных и полимерных (полипропиленовые, полиэтиленовые, металлопластиковые трубопроводы) от 0,25 до 0,7 м/с либо воспользоваться рекомендациями производителя при их наличии.

Скорость потока теплоносителя
Скорость потока теплоносителя. Гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления Как видно из названия темы в расчёте участвуют такие параметры, связанные с гидравликой, как расход

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Скорость – движение – теплоноситель

Скорости движения теплоносителей в технологических аппаратах обычно обеспечивают турбулентный режим движения потоков, при котором, как известно, происходит интенсивный обмен количеством движения, энергией и массой между соседними участками потока за счет хаотических турбулентных пульсаций. По физической сущности турбулентный перенос теплоты является конвективным переносом. [1]

Скорости движения теплоносителя в трубопроводах систем отопления с естественной циркуляцией обычно составляют 0 05 – 0 2 м / с, а при искусственной циркуляции – 0 2 – 1 0 м / с. [3]

Скорость движения теплоносителя влияет на скорость сушки кирпича. Из приведенных исследований следует, что ускорение сушки кирпича яри увеличении скорости движения теплоносителя более заметно, когда эта скорость больше 0 5 м / сек. В первый же период сушки значительное повышение скорости движения теплоносителя сказывается губительным для качества кирпича, если теплоноситель недостаточно влажный. [4]

Скорость движения теплоносителя в трубках теплоутилизаторов должна быть во всех режимах эксплуатации не менее 0 35 м / с при теплоносителе воде и не менее 0 25 м / с при незамерзающем теплоносителе. [5]

Скорости движения теплоносителя в системах отЬпления определяют гидравлическим расчетом и экономическими соображениями. [6]

Скорость движения теплоносителей , определяемая сечением каналов теплообменного аппарата, колеблется в очень широких пределах и без большой погрешности не может быть принята или установлена до решения вопроса о типе и размерах теплообменного аппарата. [7]

Скорость движения теплоносителя w сильно влияет на теплоотдачу. Чем выше скорость, тем интенсивнее протекает теплообмен. [8]

Скорость движения теплоносителя в сушильном канале не должна превышать 5 – 6 м / мин во избежание образования бугристой поверхности рабочего слоя и чрезмерно напряженной структуры. Практически скорость теплоносителя выбирают в пределах 2 – 5 м / мин. [9]

Скорость движения теплоносителя в водяных системах отопления допускается до 1 – 1 5 м / с в жилых и общественных зданиях и до 3 м / с в производственных по мещениях. [10]

Увеличение скорости движения теплоносителя выгодно только до определенного предела. Если эта скорость будет выше оптимальной, газы не успеют отдать материалу полностью свое тепло и выйдут из барабана с высокой температурой. [11]

Увеличение скорости движения теплоносителя может быть достигнуто и в элементных ( батарейных) теплообменниках, представляющих собой батарею из нескольких последовательно соединенных друг с другом теплообменников. [13]

С увеличением скорости движения теплоносителей увеличиваются Re w / / v, коэффициент теплоотдачи а и плотность теплового потока q a At. Однако вместе со скоростью пропорционально w2 растет гидравлическое сопротивление и расход мощности на насосы, прокачивающие теплоноситель через теплообменный аппарат. Существует оптимальное значение скорости, определяемое сопоставлением увеличения интенсивности теплообмена и более интенсивного роста гидравлических сопротивлений с увеличением скорости. [14]

Для повышения скорости движения теплоносителя в межтрубном пространстве устраивают продольные и поперечные перегородки. [15]

Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Большая Энциклопедия Нефти и Газа Скорость – движение – теплоноситель Скорости движения теплоносителей в технологических аппаратах обычно обеспечивают турбулентный режим движения потоков, при

Выбор оптимальной скорости теплоносителя в системе отопления квартиры

Имеется одноуровневая квартира внутри пятиэтажного коттеджного дома. Общая площадь 113 кв. м. Внешние стены утеплены. Отопление газовое, от двухконтурного котла “Ariston UNO”. Разводка отопления коллекторная (звездой). Теплых полов нет, во всех помещениях радиаторы. Котел управляется комнатным термостатом – недельным программатором, расположенном в самом холодном помещении.

На насосе котла имеется трехуровневая регулировка скорости теплоносителя в системе.

Вопрос! Как выбрать самую оптимальную установку скорости теплоносителя, чтобы система работала с максимальной экономией ?

PS Эксперименты с различной скоростью теплоносителя в данной квартире показывают, что при любом из трех предложенных вариантов все радиаторы работают нормально. На высокой скорости каких-либо заметных шумовых эффектов не наблюдалось.

Ежачок , с уменьшением скорости падает тепоотдача радиаторов, и растёт разница подача/обратка. Оптимальное значение этой разности для котла 20 градусов. Измерьте эту разницу температур на разных скоростях.

Увеличиваем скорость – увеличиваем шум

Ежачок написал:
Вопрос! Как выбрать самую оптимальную установку скорости теплоносителя, чтобы система работала с максимальной экономией ?

Котел конденсационный или неконденсационный? Трубы полимерные или металлические? От этого зависит ответ на Ваш вопрос.

Гидравлический расчёт систем отопления. Теплорасчёт (расчёт утепления) домов и квартир.

Ежачок написал:
Вопрос! Как выбрать самую оптимальную установку скорости теплоносителя, чтобы система работала с максимальной экономией ?

Скорость – это уже производная от расхода теплоносителя и диаметра трубы. Т.е. первичен по необходимым условиям именно массовый расход теплоносителя.

Для обеспечения максимального КПД котла, нужно обеспечить расход теплоносителя таким, чтобы тепловой режим котла был:

Применительно к настенным котлам и напольным со встречным направлением потоков (энергозависимые).

Для неконденсационного котла:
1а) Подача/обратка – 80/60 градусов для металлических труб в системе.
1б) 70/60 – для полимерных труб.

  • Для конденсационного котла:
    2а) Максимум 80/60 для металлических труб с понижением режима под управлением погодозависимой автоматики котла до 50/30. Чем ниже обратка для холодной пятидневки – тем больше экономии газа. Например, для экономии газа можно спроектировать режим котла для холодной пятидневки 70/50 с понижением режима в межсезонье до 40/30.
    2б) Максимум 70/50 – для полимерных труб. Понижение графика как и в предыдущем пункте будет позволять экономить газ.
  • Читайте также:  Регулирующие краны на батарею отопления

    П.С. А чтобы не было шума в трубах и арматуре, нужно не превышать максимально допустимые скорости теплоносителя в трубах (можно ориентироваться на линейное сопротивление не более 150-200 Па/метр), и не превышать максимально допустимые перепады давлений на арматуре (для термоклапанов не выше 30-60 кПа в зависимости от производителя и марки).

    Гидравлический расчёт систем отопления. Теплорасчёт (расчёт утепления) домов и квартир.

    Выбор оптимальной скорости теплоносителя в системе отопления квартиры
    Имеется одноуровневая квартира внутри пятиэтажного коттеджного дома. Общая площадь 113 кв. м. Внешние стены утеплены. Отопление газовое, от двухконтурного котла &quot,Ariston UNO&quot,.- Форум Mastergrad

    Скорость воды в трубах отопления

    Диаметр трубопроводов, скорость течения и расход теплоносителя.

    Данный материал предназначен понять, что такое диаметр, расход и скорость течения. И какие связи между ними. В других материалах будет подробный расчет диаметра для отопления.

    Для того чтобы вычислить диаметр необходимо знать:

    1. Расход теплоносителя (воды) в трубе.
    2. Сопротивление движению теплоносителя (воды) в трубе определенной длины.

    Вот необходимые формулы, которые нужно знать:

    S-Площадь сечения м 2 внутреннего просвета трубы
    π-3,14-константа – отношение длины окружности к ее диаметру.
    r-Радиус окружности, равный половине диаметра, м
    Q-расход воды м 3 /с
    D-Внутренний диаметр трубы, м
    V-скорость течения теплоносителя, м/с

    Сопротивление движению теплоносителя.

    Любой движущийся внутри трубы теплоноситель, стремиться к тому, чтобы прекратить свое движение. Та сила, которая приложена к тому, чтобы остановить движение теплоносителя – является силой сопротивления.

    Это сопротивление, называют – потерей напора. То есть движущийся теплоноситель по трубе определенной длины теряет напор.

    Напор измеряется в метрах или в давлениях (Па). Для удобства в расчетах необходимо использовать метры.

    Для того, чтобы глубже понять смысл данного материла, рекомендую проследить за решением задачи.

    В трубе с внутренним диаметром 12 мм течет вода, со скоростью 1м/с. Найти расход.

    Решение: Необходимо воспользоваться вышеуказанными формулами:

    1. Находим сечение
    2. Находим расход
    D=12мм=0,012 м
    п=3,14

    S=3.14•0,012 2 /4=0,000113 м 2

    Q=0,000113•1=0,000113 м 3 /с = 0,4 м 3 /ч.

    Имеется насос, создающий постоянный расход 40 литров в минуту. К насосу подключена труба протяженностью 1 метр. Найти внутренний диаметр трубы при скорости движения воды 6 м/с.

    Q=40л/мин=0,000666666 м 3 /с

    Из выше указанных формул получил такую формулу.

    Каждый насос имеет вот такую расходно-сопротивляемую характеристику:

    Это означает, что наш расход в конце трубы будет зависеть от потери напора, которое создается самой трубой.

    Чем длиннее труба, тем больше потеря напора.
    Чем меньше диаметр, тем больше потеря напора.
    Чем выше скорость теплоносителя в трубе, тем больше потеря напора.
    Углы, повороты, тройники, заужения и расширение трубы, тоже увеличивают потерю напора.

    Более детально потеря напора по длине трубопровода рассматривается в этой статье:

    А теперь рассмотрим задачу из реального примера.

    Стальная (железная) труба проложена длиной 376 метров с внутренним диаметром 100 мм, по длине трубы имеются 21 отводов (угловых поворотов 90°С). Труба проложена с перепадом 17м. То есть труба относительно горизонта идет вверх на высоту 17 метров. Характеристики насоса: Максимальный напор 50 метров (0,5МПа), максимальный расход 90м 3 /ч. Температура воды 16°С. Найти максимально возможный расход в конце трубы.

    D=100 мм = 0,1м
    L=376м
    Геометрическая высота=17м
    Отводов 21 шт
    Напор насоса= 0,5 МПа (50 метров водного столба)
    Максимальный расход=90м 3 /ч
    Температура воды 16°С.
    Труба стальная железная

    Найти максимальный расход = ?

    Решение на видео:

    Для решения необходимо знать график насосов: Зависимость расхода от напора.

    В нашем случае будет такой график:

    Смотрите, прерывистой линией по горизонту обозначил 17 метров и на пересечение по кривой получаю максимально возможный расход: Qmax.

    По графику я могу смело утверждать, что на перепаде высоты, мы теряем примерно: 14 м 3 /час. (90-Qmax=14 м 3 /ч).

    Ступенчатый расчет получается потому, что в формуле существует квадратичная особенность потерь напора в динамике (движение).

    Поэтому решаем задачу ступенчато.

    Поскольку мы имеем интервал расходов от 0 до 76 м 3 /час, то мне хочется проверить потерю напора при расходе равным: 45 м 3 /ч.

    Находим скорость движения воды

    Q=45 м 3 /ч = 0,0125 м 3 /сек.

    V = (4•0,0125)/(3,14•0,1•0,1)=1,59 м/с

    Находим число рейнольдса

    ν=1,16•10 -6 =0,00000116. Взято из таблици. Для воды при температуре 16°С.

    Δэ=0,1мм=0,0001м. Взято из таблицы, для стальной (железной) трубы.

    Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

    У меня попадает на вторую область при условии

    10•D/Δэ 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/137069) 0,25 =0,0216

    Далее завершаем формулой:

    h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0216•(376•1,59•1,59)/(0,1•2•9,81)=10,46 м.

    Как видите, потеря составляет 10 метров. Далее определяем Q1, смотри график:

    Теперь делаем оригинальный расчет при расходе равный 64м 3 /час

    Q=64 м 3 /ч = 0,018 м 3 /сек.

    V = (4•0,018)/(3,14•0,1•0,1)=2,29 м/с

    λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/197414) 0,25 =0,021

    h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,021•(376•2,29 •2,29)/(0,1•2•9,81)=21,1 м.

    Отмечаем на графике:

    Qmax находится на пересечении кривой между Q1 и Q2 (Ровно середина кривой).

    Ответ: Максимальный расход равен 54 м 3 /ч. Но это мы решили без сопротивления на поворотах.

    Для проверки проверим:

    Q=54 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.

    V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с

    λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213

    h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

    Итог: Мы попали на Нпот=14,89=15м.

    А теперь посчитаем сопротивление на поворотах:

    Формула по нахождению напора на местном гидравлическом сопротивление:

    h-потеря напора здесь она измеряется в метрах.
    ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм.
    V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда].
    g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2

    ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. Для больших диаметров он уменьшается. Это связано с тем, что влияние скорости движения воды по отношению к повороту уменьшается.

    Смотрел в разных книгах по местным сопротивлениям для поворота трубы и отводов. И приходил часто к расчетам, что один сильный резкий поворот равен коэффициенту единице. Резким поворотом считается, если радиус поворота по значению не превышает диаметр. Если радиус превышает диаметр в 2-3 раза, то значение коэффициента значительно уменьшается.

    Скорость 1,91 м/с

    h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м.

    Это значение умножаем на количество отводов и получаем 0,18•21=3,78 м.

    Ответ: при скорости движения 1,91 м/с, получаем потерю напора 3,78 метров.

    Давайте теперь решим целиком задачку с отводами.

    При расходе 45 м 3 /час получили потерю напора по длине: 10,46 м. Смотри выше.

    При этой скорости (2,29 м/с) находим сопротивление на поворотах:

    h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•2,29 2 )/(2•9,81)=0,27 м. умножаем на 21 = 5,67 м.

    Складываем потери напора: 10,46+5,67=16,13м.

    Отмечаем на графике:

    Решаем тоже самое только для расхода в 55 м 3 /ч

    Q=55 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.

    V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с

    λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213

    h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.

    h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м. умножаем на 21 = 3,78 м.

    Складываем потери: 14,89+3,78=18,67 м

    Рисуем на графике:

    Ответ: Максимальный расход=52 м 3 /час. Без отводов Qmax=54 м 3 /час.

    В итоге, на размер диаметра влияют:

    1. Сопротивление, создаваемое трубой с поворотами
    2. Необходимый расход
    3. Влияние насоса его расходно-напорной характеристикой

    Если расход в конце трубы меньше, то необходимо: Либо увеличить диаметр, либо увеличить мощность насоса. Увеличивать мощность насоса не экономично.

    Данная статья является частью системы: Конструктор водяного отопления

    Скорость воды в трубах отопления. Гидравлический расчёт системы отопления с учетом трубопроводов

    Журнал «Новости теплоснабжения» № 1, 2005 г., www.ntsn.ru

    К.т.н. О.Д. Самарин, доцент, Московский государственный строительный университет

    Существующие в настоящее время предложения относительно оптимальной скорости движения воды в трубопроводах систем теплоснабжения (до 3 м/с) и допустимых удельных потерях давления R (до 80 Па/м) основаны главным образом на технико-экономических расчетах. Они учитывают, что с ростом скорости уменьшаются сечения трубопроводов и снижается объем теплоизоляции, т.е. сокращаются капиталовложения в устройство сети, но одновременно увеличиваются эксплуатационные затраты на перекачку воды из-за роста гидравлического сопротивления, и наоборот. Тогда оптимальная скорость соответствует минимуму приведенных затрат за расчетный срок амортизации системы.

    Однако в условиях рыночной экономики обязательно следует принимать во внимание дисконтирование эксплуатационных издержек Э (руб./год) и капитальных затрат К (руб.). В этом случае формула для вычисления совокупных дисконтированных затрат (СДЗ), при использовании заемных средств, приобретает следующий вид :

    В данном случае – коэффициенты дисконтирования капитальных и эксплуатационных затрат, вычисляемые в зависимости от расчетного срока амортизации Т (лет), и нормы дисконта р. Последняя учитывает уровень инфляции и рисков капиталовложений, т.е., в конечном счете, степень нестабильности экономики и характер изменения текущих тарифов, и определяется обычно методом экспертных оценок . В первом приближении величина р соответствует годовому проценту за банковский кредит. На практике ее можно принимать в размере ставки рефинансирования ЦБ РФ. Начиная с 15 января 2004 г., она равна 14% годовых.

    Причем заранее неизвестно, что минимум СДЗ с учетом дисконтирования будет соответствовать такому же уровню скорости воды и удельных потерь, которые рекомендуются в литературе . Поэтому целесообразно провести новые расчеты с использованием современного диапазона цен на трубопроводы, теплоизоляцию и электроэнергию. В этом случае, если считать, что трубопроводы функционируют в условиях квадратичного режима сопротивления, и вычислять удельные потери давления по формулам, приведенным в литературе , для оптимальной скорости движения воды можно получить следующую формулу:

    Здесь К ти – коэффициент удорожания трубопроводов за счет наличия теплоизоляции. При применении отечественных материалов типа минераловатных матов можно принять К ти = 1,3. Параметр С D представляет собой удельную стоимость одного метра трубопровода (руб./м 2), отнесенную к внутреннему диаметру D (м). Поскольку в прайс-листах обычно указывается цена в рублях за тонну металла С м, пересчет необходимо производить по очевидному соотношению , где – толщина стенки трубопровода (мм), =7,8 т/м 3 – плотность материала трубопроводов. Величина С эл соответствует тарифу на электроэнергию. По данным ОАО «Мосэнерго» на первую половину 2004 г. для коммунальных потребителей С эл = 1,1723 руб./кВтч.

    Формула (2) получена из условия d(СДЗ)/dv=0. Определение эксплуатационных затрат производилось с учетом того, что эквивалентная шероховатость стенок трубопроводов равна 0,5 мм , а КПД сетевых насосов составляет около 0,8. Плотность воды p w считалась равной 920 кг/м 3 для характерного диапазона температур в тепловой сети. Кроме того, предполагалось, что циркуляция в сети осуществляется круглогодично, что вполне оправданно, исходя из нужд горячего водоснабжения.

    Анализ формулы (1) показывает, что для больших сроков амортизации Т (10 лет и выше), характерных для тепловых сетей, отношение коэффициентов дисконтирования практически равно своему предельному минимальному значению р/100. В этом случае выражение (2) дает наименьшую экономически целесообразную скорость воды, соответствующую условию, когда годовой процент за кредит, взятый на строительство, равен годовой прибыли от снижения эксплуатационных издержек, т.е. при бесконечном сроке окупаемости. При конечном сроке оптимальная скорость будет выше. Но в любом случае эта скорость будет превышать вычисленную без учета дисконтирования, поскольку тогда, как легко убедиться, , а в современных условиях пока получается 1/Т Расчет диаметра труб системы отопления

    Данный расчет производится на основании ряда параметров. Сначала необходимо определить тепловую мощность системы обогрева , потом рассчитать с какой скоростью теплоноситель – горячая вода или другой вид теплоносителя – будет двигаться по трубам. Это поможет максимально точно произвести расчеты и избежать неточностей.

    Расчет мощности отопительной системы

    Вычисление производятся по формуле. Чтобы высчитать мощность системы обогрева нужно объем обогреваемого помещения умножить на коэффициент теплопотери и на разницу между зимней температурой внутри помещения и за его пределами и затем разделить полученное значение на 860.

    Определить коэффициент теплопотери можно исходя из материала постройки, а также наличия способов утепления и его видов.

    Если постройка имеет стандартные параметры , то производить расчет можно в усредненном порядке.

    Для определения результирующей температуры необходимо среднюю внешнюю температуру в зимнее время года и внутреннюю не меньше чем это регламентировано санитарными требованиями.

    Скорость теплоносителя в системе

    По нормативам скорость движения теплоносителя по трубам отопления должна превышать показатель 0,2 метра в секунду . Это требование обусловлено тем, что при более низкой скорости движения из жидкости выделяется воздух, что приводит к воздушным пробкам, которые могут нарушить работу всей системы обогрева.

    Верхний уровень скорости не должен превышать 1,5 метра в секунду, поскольку это может привести к шуму в системе.

    В целом желательно соблюдать средний барьер скорости, чтобы увеличить циркуляцию и тем самым повысить продуктивность системы. Чаще всего, чтобы добиться этого применяются специальные насосы.

    Расчет диаметра трубы системы обогрева

    Правильное определение диаметра трубы очень важный момент, поскольку он отвечает за качественную работу всей системы и если произвести неправильный расчет и смонтировать по нему систему, то потом будет невозможно исправить что-то частично. Необходима будет замена всей системы трубопровода. А это существенные расходы. Для того, чтобы не допустить этого нужно подойти к расчету со всей ответственностью.

    Расчет диаметра трубы производится с помощью специальной формулы. Она включает в себя:

    • искомый диаметр
    • тепловую мощность системы
    • скорость движения теплоносителя
    • разницу между температурой в подаче и обратке отопительной системы.

    Эту разницу температур необходимо выбрать исходя из нормативов на вход (не меньше чем 95 градусов) и на обратку (как правило, это 65−70 градусов). Исходя из этого, разница температур обычно принимается как 20 градусов.

    Гидравлический расчёт труб

    Сложность работы зависит от расчета диаметра труб, толщины их стенок и других параметров.

    От протяжённости и типа отопительной сети зависит диаметр труб. Теплоноситель во время прохождения по различным участкам трубопровода, теряет часть энергии. Уменьшение диаметра трубы способствует увеличению скорости прохождения теплоносителя и тем самым повышению теплоотдачи.

    Читайте также:  Какие радиаторы отопления лучше ставить в частном доме для антифриза

    Помимо этого коэффициент сопротивления потоку теплоносителя определяется шероховатостью внутренней поверхности трубопровода. В связи с этим может существенно различаться давление на разных участках системы отопления.

    Применение гидравлических расчетов необходимо, чтобы точно определить параметры давления. В противном случае это может привести к снижению эффективности отопительной системы в связи с тем, что давление, приводящее в движение теплоноситель, не превышало суммарных потерь.

    Также необходимо учесть тот факт, что толщина трубы имеет значение не менее чем ее диаметр.

    Если диаметр трубы выбран неверно, это грозит серьезными осложнениями в период эксплуатации системы отопления или даже преждевременным выходом ее из строя:

    1. Слишком большой диметр трубы системы обогрева . Это приведет к недостаточному давлению в отопительной системе и тем самым нарушению циркуляции. Из-за этого нарушится температурный режим в помещении, проще говоря, оно будет недостаточно обогрето.
    2. Слишком маленький диаметр трубы системы обогрева . Из-за увеличения давления внутри трубы маленького диаметра система отопления будет слишком шумно работать.

    Во время проектирования и монтажа системы отопления необходимо тщательное соблюдение всех параметров и правил. Ошибки, допущенные на стадии проектирования системы чаще всего просто невозможно исправить выборочно, и необходим полный демонтаж трубопровода системы обогрева и новая его закладка. Это приводит к ощутимым финансовым затратам и как следствие недовольством работой системы. Чтобы этого не произошло достаточно внимательно отнестись ко всем этапам процесса, в том числе к расчетам диаметра трубы отопительной системы.

    Индивидуальные системы гидравлического отопления

    Чтобы правильно провести гидравлический расчет системы отопления, необходимо принять во внимание некоторые эксплуатационные параметры самой системы. Сюда входят скорость теплоносителя, его расход, гидравлическое сопротивление запорной арматуры и трубопровода, инертность и так далее.

    Может показаться, что эти параметры никак друг с другом не связаны. Но это ошибка. Связь между ними прямая, поэтому нужно при анализе опираться именно на них.

    Приведем пример этой взаимосвязи. Если увеличить скорость теплоносителя, то сразу же возрастет сопротивление трубопровода. Если увеличить расход, то увеличивается скорость горячей воды в системе, а, соответственно, и сопротивление. Если увеличить диаметр труб, то снижается скорость движения теплоносителя, а значит, снижается сопротивление трубопровода.

    Система отопления включает в себя 4 основных компонента:

    1. Отопительный котел.
    2. Трубы.
    3. Приборы отопления.
    4. Запорная и регулирующая арматура.

    Каждый из этих компонентов имеет свои параметры сопротивления. Ведущие производители обязательно их указывают, потому что гидравлические характеристики могут изменяться. Они во многом зависят от формы, конструкции и даже от материала, из которого изготовлены составляющие отопительной системы. И именно эти характеристики являются самыми важными при проведении гидравлического анализа отопления.

    Что же такое гидравлические характеристики? Это удельные потери давления. То есть, в каждом виде отопительного элемента, будь то труба, вентиль, котел или радиатор, всегда присутствует сопротивление со стороны конструкции прибора или со стороны стенок. Поэтому, проходя по ним, теплоноситель теряет свое давление, а, соответственно, и скорость.

    Расход теплоносителя

    Чтобы показать, как производится гидравлический расчет отопления, возьмем для примера простую отопительную схему, в которую входят отопительный котел и радиаторы отопления с киловаттным потреблением тепла. И таких радиаторов в системе 10 штук.

    Здесь важно правильно разбить всю схему на участки, и при этом точно придерживаться одного правила – на каждом участке диаметр труб не должен меняться.

    Итак, первый участок – это трубопровод от котла до первого отопительного прибора. Второй участок – это трубопровод между первым и вторым радиатором. И так далее.

    Как происходит теплоотдача, и каким образом понижается температура теплоносителя? Попадая в первый радиатор, теплоноситель отдает часть тепла, которое снижается на 1 киловатт. Именно на первом участке гидравлический расчет производится под 10 киловатт. А вот на втором участке уже под 9. И так далее с понижением.

    Обратите внимание, что для подающего контура и для обратки данный анализ выполняется отдельно.

    Существует формула, по которой можно рассчитать расход теплоносителя:

    G = (3,6 х Qуч) / (с х (tr-to))

    Qуч – это расчетная тепловая нагрузка участка. В нашем примере для первого участка она равна 10 кВт, для второго 9.

    с – удельная теплоемкость воды, показатель постоянный и равный 4,2 кДж/кг х С;

    tr – температура теплоносителя при входе на участок;

    to – температура теплоносителя при выходе с участка.

    Скорость теплоносителя

    Существует минимальная скорость горячей воды внутри отопительной системы, при которой само отопление работает в оптимальном режиме. Это 0,2-0,25 м/с. Если она уменьшается, то из воды начинает выделяться воздух, что ведет к образованию воздушных пробок. Последствия – отопление не будет работать, и котел закипит.

    Это нижний порог, а что касается верхнего уровня, то он не должен превышать 1,5 м/с. Превышение грозит появлением шумов внутри трубопровода. Наиболее приемлемый показатель – 0,3-0,7 м/с.

    Если необходимо провести точный подсчет скорости движения воды, то придется принять во внимание параметры материала, из которого изготовлены трубы. Особенно в этом случае учитывается шероховатость внутренних поверхностей труб. К примеру, по стальным трубам горячая вода движется со скоростью 0,25-0.5 м/с, по медным 0,25-0,7 м/с, по пластиковым 0,3-0,7 м/с.

    Выбор основного контура

    Гидравлическая стрелка отделяет котловые и отопительные контура

    Здесь необходимо рассматривать отдельно две схемы – однотрубную и двухтрубную. В первом случае расчет нужно вести через самый нагруженный стояк, где установлено большое количество отопительных приборов и запорной арматуры.

    Во втором случае выбирается самый загруженный контур. Именно на его основе и нужно делать подсчет. Все остальные контуры будет иметь гидравлическое сопротивление гораздо ниже.

    В том случае, если рассматривается горизонтальная развязка труб, то выбирается самое загруженное кольцо нижнего этажа. Под загруженностью понимают тепловую нагрузку.

    Заключение

    Отопление в доме

    Итак, подведем итог. Как видите, чтобы сделать гидравлический анализ отопительной системы дома, необходимо учесть многое. Пример специально был простым, поскольку разобраться, скажем, с двухтрубной системой отопления дома в три или более этажей очень сложно. Для проведения такого анализа придется обратиться в специализированное бюро, где профессионалы разберут весь «по косточкам».

    Необходимо будет учесть не только вышеописанные показатели. Сюда придется включить потерю давления, снижение температуры, мощность циркуляционного насоса, режим работы системы и так далее. Показателей много, но все они присутствуют в ГОСТах, и специалист быстро разберется, что к чему.

    Единственное, что необходимо предоставить для расчета – это мощность отопительного котла, диаметр труб, наличие и количество запорной арматуры и мощность насоса.

    Для того, чтобы система водяного отопления правильно фунциклировала необходимо обеспечить нужную скорость теплоносителя в системе. Если скорость будет маленькая, обогрев помещения будет очень медленный и дальние радиаторы будут значительно холоднее ближних. Наоборот, если же скорость теплоносителя будет слишком большой, то сам теплоноситель не будет успевать нагреваться в котле, температура всей системы отопления будет ниже. Добавится и уровень шума. Как видим скорость теплоносителя в системе отопления – очень важный параметр. Разберёмся же подробнее – какая должна быть самая оптимальная скорость.

    Системы отопления где происходит естественная циркуляция, как правило, имеют сравнительно низкую скорость теплоносителя. Перепад давления в трубах достигается правильным расположением котла, расширительного бачка и самих труб – прямых и обратки. Только правильный расчёт перед монтажом, позволяет добиться правильного, равномерного движения теплоносителя. Но всё равно инерционность отопительных систем с естественной циркуляцией жидкости очень большая. Результат – медленный прогрев помещений, маленький КПД. Главный плюс такой системы – это максимальная независимость от электроэнергии, нет электрических насосов.

    Чаще всего в домах используется система отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя. Основным элементом такой системы является циркуляционный насос . Именно он ускоряет движение теплоносителя, от его характеристик зависит скорость жидкости в системе отопления.

    Что влияет на скорость теплоносителя в системе отопления:

    — схема системы отопления;
    — вид теплоносителя;
    — мощность, производительность циркуляционного насоса;
    — из каких материалов изготовлены трубы и их диаметр;
    — отсутствие воздушных пробок и засоров в трубах и радиаторах.

    Для частного дома наиболее оптимальным будет скорость теплоносителя в пределах 0,5 – 1,5 м/с.
    Для административно-бытовых зданиях – не более 2 м/с.
    Для производственных помещений – не более 3 м/с.
    Верхний предел скорости теплоносителя выбирается, в основном, из-за уровня шума в трубах.

    Многие циркуляционные насосы имеют регулятор скорости потока жидкости, так что возможно подобрать наиболее оптимальную именно для вашей системы. Правильно нужно выбирать и сам насос. Не надо брать с большим запасом мощности, так как будет большее потребление электроэнергии. При большой протяжённости системы отопления, большом количестве контуров, этажности и так далее лучше устанавливать несколько насосов меньшей производительности. Например, отдельно поставить насос на тёплый пол, на второй этаж.

    Пропускная способность трубопровода.

    Такая характеристика как пропускная способность трубопровода зависит от нескольких факторов. Прежде всего, это диаметр трубы, а также тип жидкости, и другие показатели.

    Для гидравлического расчета трубопровода вы можете воспользоваться калькулятором гидравлического расчета трубопровода.

    При расчете любых систем, основанных на циркуляции жидкости по трубам, возникает необходимость точного определения пропускной способности труб. Это метрическая величина, которая характеризует количество жидкости, протекающее по трубам за определенный промежуток времени. Данный показатель напрямую связан с материалом, из которого изготовлены трубы.

    Если взять, к примеру, трубы из пластика, то они отличаются практически одинаковой пропускной способностью на протяжении всего срока эксплуатации. Пластик, в отличие от металла, не склонен к возникновению коррозии, поэтому постепенного нарастания отложений в нем не наблюдается.

    Что касается труб из металла, то их пропускная способность уменьшается год за годом. Из-за появления ржавчины происходит отслойка материала внутри труб. Это приводит к шероховатости поверхности и образованию еще большего налета. Особенно быстро этот процесс происходит в трубах с горячей водой.

    Далее приведена таблица приближенных значений которая создана для облегчения определения пропускной способности труб внутриквартирной разводки. В данной таблице не учтено уменьшение пропускной способности за счет появления осадочных наростов внутри трубы.

    Таблица пропускной способности труб для жидкостей, газа, водяного пара.

    Вид жидкости

    Скорость (м/сек)

    Вода городского водопровода

    Вода трубопроводной магистрали

    Вода системы центрального отопления

    Вода напорной системы в линии трубопровода

    Масло линии трубопровода

    Масло в напорной системе линии трубопровода

    Пар в отопительной системе

    Пар системы центрального трубопровода

    Пар в отопительной системе с высокой температурой

    Воздух и газ в центральной системе трубопровода

    Чаще всего, в качестве теплоносителя используется обычная вода. От ее качества зависит скорость уменьшения пропускной способности в трубах. Чем выше качество теплоносителя, тем дольше прослужит трубопровод из любого материала (сталь чугун, медь или пластик).

    Расчет пропускной способности труб.

    Для точных и профессиональных расчетов необходимо использовать следующие показатели:

    • Материал, из которого изготовлены трубы и другие элементы системы;
    • Длина трубопровода
    • Количество точек водопотребления (для системы подачи воды)

    Наиболее популярные способы расчета:

    1. Формула. Достаточно сложная формула, которая понятна лишь профессионалам, учитывает сразу несколько значений. Основные параметры, которые принимаются во внимание – материал труб (шероховатость поверхности) и их уклон.

    2. Таблица. Это более простой способ, по которому каждый желающий может определить пропускную способность трубопровода. Примером может послужить инженерная таблица Ф. Шевелева, по которой можно узнать пропускную способность, исходя из материала трубы.

    3. Компьютерная программа. Одну из таких программ легко можно найти и скачать в сети Интернет. Она разработана специально для того, чтоб определить пропускную способность для труб любого контура. Для того что узнать значение, необходимо ввести в программу исходные данные, такие как материал, длина труб, качество теплоносителя и т.д.

    Следует сказать, что последний способ, хоть и является самым точным, не подходит для расчетов простых бытовых систем. Он достаточно сложен, и требует знания значений самых различных показателей. Для расчета простой системы в частном доме лучше воспользоваться таблицами.

    Пример расчета пропускной способности трубопровода.

    Длина трубопровода – важный показатель при расчете пропускной способности Протяженность магистрали оказывает существенное влияние на показатели пропускной способности. Чем большее расстояние проходит вода, тем меньшее давление она создает в трубах, а значит, скорость потока уменьшается.

    Приводим несколько примеров. Опираясь на таблицы, разработанные инженерами для этих целей.

    Пропускная способность труб:

    • 0,182 т/ч при диаметре 15 мм
    • 0,65 т/ч с диаметром трубы 25 мм
    • 4 т/ч при диаметре 50 мм

    Как можно увидеть из приведенных примеров, больший диаметр увеличивает скорость потока. Если диаметр увеличить в 2 раза, то пропускная способность тоже возрастет. Эту зависимость обязательно учитывают при монтаже любой жидкостной системы, будь то водопровод, водоотведение или теплоснабжение. Особенно это касается отопительных систем, так как в большинстве случаев они являются замкнутыми, и от равномерной циркуляции жидкости зависит теплоснабжение в здании.

    Допустимые скорости воды в трубопроводе

    Скорость потока теплоносителя.

    Гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления

    Как видно из названия темы в расчёте участвуют такие параметры, связанные с гидравликой, как расход теплоносителя, скорость потока теплоносителя, гидравлическое сопротивление трубопроводов и арматуры. При этом между указанными параметрами существует полная взаимосвязь.

    Например при увеличении скорости теплоносителя увеличивается гидравлическое сопротивление трубопровода. При увеличении расхода теплоносителя через трубопровод определённого диаметра скорость теплоносителя возрастает и естественно растёт гидравлическое сопротивление при этом изменяя диаметр в большую сторону скорость и гидравлическое сопротивление снижаются. Анализируя эти взаимосвязи гидравлический расчёт превращается в своего рода анализ параметров для обеспечения надёжной и эффективной работы системы и снижения затрат на материалы.

    Система отопления состоит из четырёх основных компонентов это трубопроводы, отопительные приборы, теплогенератор, регулирующая и запорная арматура. Все элементы системы имеют свои характеристики гидравлического сопротивления и должны учитываться при расчёте. При этом, как было сказано выше, гидравлические характеристики не являются постоянными. Производители отопительного оборудования и материалов обычно приводят данные по гидравлическим характеристикам (удельные потери давления) на производимое ими материалы или оборудование.

    Читайте также:  Температура огня в костре

    Номограмма для гидравлического расчёта полипропиленовых трубопроводов производства фирмы FIRAT (Фират)

    Удельные потери давления (потеря напора) трубопровода указано для 1 м.п. трубы.

    Проанализировав номограмму вы более наглядно увидите ранее указанные взаимосвязи между параметрами.

    Итак суть гидравлического расчёта мы определили.

    Теперь пройдёмся отдельно по каждому из параметров.

    Расход теплоносителя, для более широкого понимания количество теплоносителя, напрямую зависит от тепловой нагрузки которую теплоноситель должен переместить от теплогенератора к отопительному прибору.

    Конкретно для гидравлического расчёта требуется определить расход теплоносителя на заданном расчётном участке. Что такое расчётный участок. Расчетным участком трубопровода принимается участок постоянного диаметра с неизменным расходом теплоносителя. Например если в состав ветки входят десять радиаторов ( условно каждый прибор мощностью 1 кВт) а общий расход теплоносителя рассчитан на перенос теплоносителем тепловой энергии равной 10 кВт. То первым участком будет участок от теплогенератора до первого в ветке радиатора (при условии что по всему участку постоянный диаметр) с расходом теплоносителя на перенос 10 кВт. Второй участок будет находится между первым и вторым радиатором с расходом на перенос тепловой энергии 9 кВт и так далее вплоть до последнего радиатора. Рассчитывается гидравлическое сопротивление как подающего трубопровода так и обратного.

    Расход теплоносителя ( кг/час) для участка рассчитывается по формуле:

    Qуч — тепловая нагрузка участка Вт. Например для вышеуказанного примера тепловая нагрузка первого участка равна 10 кВт или 1000 Вт.

    с = 4,2 кДж/(кг·°С) — удельная теплоемкость воды

    tг — расчетная температура горячего теплоносителя в системе отопления, °С

    tо — расчетная температура охлажденного теплоносителя в системе отопления, °С.

    Скорость потока теплоносителя.

    Минимальный порог скорости теплоносителя рекомендуют принимать в пределах 0,2 — 0,25 м/с. На меньших скоростях начинается процесс выделения избыточного воздуха содержащегося в теплоносителе что может приводить к образованию воздушных пробок и как следствие полный либо частичный отказ работы системы отопления. Верхний порог скорости теплоносителя лежит в диапазоне 0,6 — 1,5 м/с. Соблюдение верхнего порога скорости позволяет избежать возникновение гидравлических шумов в трубопроводах. На практике было определён оптимальный диапазон скорости 0,3 — 0,7 м/с .

    Более точный диапазон рекомендованной скорости теплоносителя зависит от материала трубопроводов применяемых в системе отопления а точнее от коэффициента шероховатости внутренней поверхности трубопроводов . Например для стальных трубопроводов лучше придерживаться скорости теплоносителя от 0,25 до 0,5 м/с для медных и полимерных (полипропиленовые, полиэтиленовые, металлопластиковые трубопроводы) от 0,25 до 0,7 м/с либо воспользоваться рекомендациями производителя при их наличии.

    Скорость потока теплоносителя
    Скорость потока теплоносителя. Гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления Как видно из названия темы в расчёте участвуют такие параметры, связанные с гидравликой, как расход

    Как рассчитать диаметр трубопровода гидропривода

    Рассчитать внутренний диаметр трубы можно используя зависимости:

    где, d — диаметр условного прохода трубы, A — площадь условного прохода, Q — расход рабочей жидкости в трубопроводе, V — скорость течения рабочей жидкости в трубопроводе.

    Расход в трубопроводе определяется потребностями гидравлических устройств, подключенных к проектируемому трубопроводу. Скорость течения рабочей жидкости рекомендуется выбрать из следующих интервалов:

    В различных источниках значения рекомендуемых скоростей в напорных, сливных и всасывающих трубопроводах незначительно отличаются. Это объясняется тем, что рекомендуемые скорости выбираются из условий оптимизации гидропривода. Слишком большая скорость течения рабочей жидкости вызовет значительные потери энергии, а при слишком маленькой диаметр трубопровода будет неоправданно большим, что вызовет увеличение массово-габаритных показателей. Так как нет конкретных значений значительных потерь энергии, авторы могут использовать разные числа, и в итоге получают разные результаты, которые, впрочем, отличаются друг от друга незначительно.

    Учитывая рекомендательный характер скоростей в напорных, сливных и всасывающих трубопроводах, при выборе диаметра трубопровода для гидросистемы следует выбирать максимальные скорости если необходимо минимизировать диаметры труб и гидропривода вцелом. Если задача уменьшить потери энергии, то скорости нужно выбрать минимальной.

    Расчет пропускной способности трубопровода по диаметру и давлению

    Пропускная способность трубы в гидравлике — объем или масса проходящего за единицу времени вещества через ее сечение. Этот показатель является важнейшим при расчете и проектировании трубопроводов, транспортирующих различные жидкости и газы. Правильно подобранные параметры позволяют системе функционировать без перегрузок, а также снизить расходы, связанные с ее устройством или модернизацией.

    Для чего определяется пропускная способность?

    При расчете водопровода стоит задача определить оптимальный диаметр трубы для обеспечения нормативного потребления воды.

    Если сечение слишком мало, это приводит к недостаточному напору в трубах даже при большом давлении, в результате:

    • насосное оборудование быстрее изнашивается,
    • чаще происходят аварии на линии,
    • увеличивается расход энергии.

    Для ремонта систем требуются дополнительные траты, что повышает стоимость эксплуатации.

    В гидравлике пропускная способность всей системы рассчитывается по самому узкому месту. Часто трубопроводы сравнивают с электропроводкой, только по трубам бежит вода, а по проводам — электрический ток.

    С чего начать?

    Отправная точка для расчета системы — определение нормативного расхода воды в зависимости от количества приборов и одновременно включаемых водоразборных точек. Базовые данные указаны в СНиП 2.04.01-85*, для потребляющего воду оборудования технические характеристики можно узнать из паспорта и суммировать с нормативными.

    Зная, сколько потребуется воды на различные нужды, подбираются все элементы системы:

    Методы определения пропускной способности

    Расчеты ведутся различными методами:

    • По формулам гидравлики. Это достаточно сложный способ, требующий теоретических знаний.
    • По готовым таблицам. Необходимые параметры уже просчитаны и занесены в удобную для пользователей форму.
    • С помощью онлайн калькулятора. Доступный и быстрый способ найти нужные характеристики. Достаточно записать свои данные в окнах программы, и результат будет готов почти мгновенно.

    В гидравлике пропускная способность всей системы рассчитывается по самому узкому месту.

    Закон Торричелли

    В формуле итальянского математика и физика Торричелли используется закон сохранения энергии для идеальных жидкостей и газов.

    Ученый получил соотношение, связывающее скорость молекулы и высоту столба жидкости (напор):

    U=√2gH, где U— скорость движения молекулы вещества, g— ускорение свободного падения, H — напор.

    Зная скорость жидкости и нормативный расход, можно определить необходимую площадь S сечения трубы:

    S=Q /V, где Q — расход, определенный по СНиП 2.04.01-85*.

    Площадь круга связана с диаметром соотношениемS=pD²/4, откуда:

    D=2√(S/p)=2√(Q/(Up)), где p — 3,14.

    Таблица пропускной способности труб для жидкостей, газа, водяного пара

    Гораздо проще и быстрее использовать таблицы определения пропускной способности трубы в зависимости от диаметра и давления воды, газа, водяного пара. Они содержат уже готовую информацию в очень доступном виде:

    Например, нужно определить пропускную способность трубы Æ20 мм при давлении 3 бар (0,3 МПа или 3 атм.). В левом столбце находим 3 бар, на самой верхней строчке указаны диаметры. При пересечении своих данных получаем значение искомого параметра для воды — 9,93 м³/ч.

    Если по расчетам нормативного расхода этого достаточно, труба сечением 20 мм полностью удовлетворяет условиям. Если требуется большая проходимость, нужно найти значение для диаметра 32 мм и т.д., пока не будет найден наиболее близкий показатель.

    Таблица пропускной способности трубы в зависимости от диаметра (по Шевелеву)

    Таблицы Шевелева — советского ученого в области гидравлики — были разработаны для стальных, чугунных (новых и неновых), асбестоцементных, железобетонных, пластиковых и стеклянных труб. В расчетах учитывались шероховатость различных материалов, вязкость жидкости, трение и даже возраст труб, поскольку через несколько лет эксплуатации коммуникаций наблюдается выпадение осадка и уменьшение внутреннего диаметра.

    Таблица пропускной способности труб в зависимости от давления теплоносителя

    С увеличением давления растет и пропускная способность системы, но по нелинейному закону. По данной таблице можно найти показатели для различных значений напора труб самых востребованных диаметров:

    В левой колонке указано давление, в строках — пропускная способность для разных сечений. Например, при диаметре трубы 20 мм и напоре 120 Па/1,2 бар максимальный расход воды через трубу по таблице составляет 472 кг (литра) в час. При этом скорость жидкости менее 15 м/с.

    Таблица пропускной способности труб при разной температуре теплоносителя

    При расчете тепловых системпропускная способность определяется в т/час или Гкал/час при различных температурных графиках с учетом удельной потери на трение. Для расчета используются рекомендации СП 60.13330.2012, СНиП 41-01-2003.

    Например, труба с условным диаметром 50 мм при потере давления 5 кгс/м² обеспечивает проходимость 2,45 т/ч и 0,06 Гкал при температурах 95-70°С. Для температурных графиков 130-70 и 150-70 эти значения 0,15 Гкал и 0,2 Гкал соответственно.

    При неизменном расходе теплоносителя с ростом температуры увеличивается количество выделяемой теплоты.

    Таблицы пропускной способности напорных канализационных систем

    Напорные сети организуются, если приборы расположены ниже уровня колодцев или коллекторов и требуется перекачка стоков на определенную высоту. Гидравлический расчет проводится по СП 31.13330.2012.

    В отличие от безнапорных систем жидкость транспортируется полным сечением. В расчетах используются таблицы Шевелева для напорных трубопроводов и аналогичная методика. Объем стоков берется равным потреблению воды на водоснабжение.

    Таблицы пропускной способности безнапорных труб канализации

    В самотечных трубопроводах, устроенных с уклоном, стоки движутся благодаря силе тяжести. Сечение полностью не заполняется. При гидравлическом расчете используют таблицы Лукиных для безнапорной канализации.

    Диаметр трубы определяется исходя из расчетного объема сточных вод, угла уклона и нормативного наполнения. Учитывается также материал для изготовления элементов.

    Пример таблицы для пластиковой трубы сечением 40, 50 и 110 мм:

    Для определения необходимого минимального диаметра задается расход стоков q, уклон i, наполнение h/D от 0,3 до 0,8 (в ливневой канализации допускается h/D=1). Например, нормативный расход 1,9 л/с, уклон 0,03, заполнение 0,3. Данным условиям удовлетворяет пластиковая труба Æ110 мм, скорость стекания 0,884 м/с, что соответствует нормативу.

    Таблица пропускных способностей газовых труб в зависимости от давления

    При выборе нужного оборудования для ГРС руководствуются прежде всего производительностью, зависящей от пропускной способности входных и выходных трубопроводов. Нормативы ограничивают скорость потока газа величиной 25м/с.

    Для расчета применяется методика, описанная в Справочнике по проектированию магистральных водопроводов (ред. А.К. Дерцакян), а также таблица:

    Пропускная способность определяется при заданном давлении (в левой колонке) и диаметре в вертикальных столбцах.

    Методы расчета пропускной способности трубопроводов

    Гидравлические расчеты проводятся с целью подбора элементов системы с оптимальными характеристиками для обеспечения бесперебойной работы, уменьшения эксплуатационных расходов и снижения износа оборудования.

    Гидравлический расчет трубопровода

    Расчеты ведутся с помощью таблиц Шевелева по следующему алгоритму:

    1. Задается нужный расход Q и оптимальная скорость среды на каждом участке.
    2. Подбирается диаметр трубы, определяются потери напора по длине.
    3. Процедура повторяется для всех участков.
    4. Находится удельное значение потери давления на 1 пог. м.
    5. Суммируются все остальные потери от всасывания, местного сопротивления и т.д. Полученное значение должно быть меньше или равно мощности насоса.
    6. Исходя из технических характеристик оборудования определяется расход Qнасоса.
    7. Сравниваются Q и Qнасоса. При приблизительном равенстве значений насос подобран правильно. Если нет, нужно задать новые параметры и посчитать заново.

    Расчет пропускной способности канализационных труб

    Задается диаметр и угол наклона, при котором сточные воды стекают произвольно, а система постоянно самоочищается (от 0,005 до 0,035 в зависимости от сечения):

    Степень наполнения трубы по нормативу 0,6-0,8 и также зависит от диаметра:

    По таблицам Лукиных уточняется, соответствует ли выбранный диаметр заданным параметрам. Если есть отклонения, сечение нужно изменить в большую/меньшую сторону. Для более точных расчетов используются графики, формулы и поправочные коэффициенты.

    Расчет пропускной способности газопроводов

    В соответствии с параметрами проектируемой сети задаются диаметры труб на входе и выходе в ГРС. Затем, сравнивая значения по таблицам, находят такое соотношение, при котором условия максимально соблюдены.

    Как рассчитать параметры дымохода

    Главные характеристики, которые определяются в ходе расчетов, — длина трубы дымохода и ее рабочее сечение. При неправильном подборе параметров токсичные вещества не удаляются из камеры сгорания и проникают в помещение.

    При проектировании используются нормативы СП 7.13130.2013 и СНиП III-Г.11-62. Хотя последний регламент считается недействующим, там содержатся рекомендации, касающиеся именно дымоходов.

    Сложные промышленные устройства рассчитываются в профессиональных бюро, для домашних печей применяется более простая методика.

    • Задается скорость движения дыма U=2 м/с.
    • За час в топке сгорает примерно В=6 кг дров влажностью 20-25%.
    • Температура разогретого дыма T=140°.

    Объем исходящего дыма определяется по формуле:

    Vгаз = (В х Vтоплx (1+Т/273))/3600, м3/с , где Vтопл — объем воздуха, требуемый для сжигания 1 кг дров. В данном случае это 10 м³, для бурого угла 12 м³, для каменного 17 м³.

    Зная объем исходящего газа и его скорость, можно найти площадь сечения трубы дымохода:

    Диаметр определяется по геометрической формуле:

    D=2√(S/p)=2√(0,0126/3,14)=0,126 м = 126 мм.

    Ближайший диаметр трубы с округлением в большую сторону — 150 мм.

    Главные характеристики, которые определяются в ходе расчетов, — длина трубы дымохода и ее рабочее сечение. При неправильном подборе параметров токсичные вещества не удаляются из камеры сгорания и проникают в помещение.

    Длина дымохода для обеспечения нормальной тяги подбирается по СП 7.13130.2013, где нормируются высота от оголовка до колосниковой решетки печи, конька крыши, а также расстояние до окружающих крупных объектов.

    Онлайн калькуляторы

    Программы, помогающие определить параметры трубопровода, — большое подспорье для тех, кто мало знаком с гидравликой. Они созданы на базе действующих нормативов и теоретических формул.

    Крупные объекты проектируются специализированными организациями, но для расчетов домашних сетей онлайн-калькуляторы могут применяться вполне уверенно. Если есть какие-либо сомнения, за консультацией лучше обратиться к профессионалам.

    Заключение

    Пропускная способность трубы — важнейшая характеристика, от которой зависит работа всего трубопровода. Для расчетов применяются различные методики с использованием формул, таблиц или программ. Если нет уверенности в собственных силах, обратитесь к специалистам.

    Дополнительная информация по теме:

    Ссылка на основную публикацию