Расчет системы обогрева с конвективной циркуляцией

Энциклопедия сантехника Расчет конвективной циркуляции. Гравитационный напор

Расчет теплоснабжения с конвективной циркуляцией. Гравитационный напор

Многие думают, что конвективная циркуляция есть только в отопительных системах с конвективной циркуляцией.

Конвективная циркуляция есть даже в отопительных системах с циркуляцией принудительного типа.

В принудительном порядке циркуляция — это отопительная система с насосом. А конвективная циркуляция — без насоса.

В данной заметке я научу Вас искать природный напор в отопительных системах.

Представим циркуляционное кольцо в виде четырех труб разделенных отводами.

Нам следует найти силу, которая будет принуждать тепловой носитель перемещаться. Эта сила именуется гравитационным напором. Принимаем к сведению, что весь вертикальный столб одной температуры.

t1=60 градусов по Цельсию

t2=40 градусов по Цельсию

Тепловой носитель = простая вода

g — ускорение свободного падения 9,81 м/с2

Н — высота столба

?1 и ?2 — плотность воды при самых разнообразных температурных значениях.

530 Па = 0,05 м.в.ст.

Ответ: Природный напор составляет 530 Па или 0.05 м.в.ст.

Из настоящего примера

Популярные насосы в приватных домах в среднем до шести метров.в.ст. Напор, получаемый конвективной циркуляцией, будет составлять 0,05 м.в.ст. Это довольно мало. Однако даже такой напор может заставить перемещаться тепловой носитель. И чем больше размер трубы, тем меньше сопротивление и поэтому больше расход.

Рассмотрим приближенный к реальности вариант

t1=60 градусов по Цельсию

t2=40 градусов по Цельсию

Тепловой носитель = простая вода

265 Па = 0,027 м.в.ст.

Ответ: Природный напор составляет 265 Па или 0.027 м.в.ст.

Давайте например рассчитаем, какой расход будет в данной схеме при конвективной циркуляции без насоса.

Трубой является сталь у которых внутренний диаметр 25 мм, аналогичный диаметр, как и у секционного отопительного прибора. Примем, для упрощенного расчета, что сопротивления отопительного прибора и котла равны нулю. Мы посчитаем только сопротивление трубопровода и найдем расход. Примем, что температурный перепад между подающим и обратным носителем тепла равно 20 градусов по Цельсию.

Чтобы отыскать расход, воспользуемся калькулятором сопротивления в плане гидравлики. Нам следует найти расход при известном сопротивлении. Другими словами сопротивлением является значение естественного напора 265 Па.

Скачать калькулятор расчетов сопротивления в плане гидравлики.

Подставляя расход такой, который бы создал сопротивление равное 265 Па или 0,027м.в.ст.

В калькуляторе вводим эти данные:

Труба из стали 25мм длиной 8 метров. Температуру задаем среднюю 50 градусов. Равнопроходных отводов 4 шт. Перепад высоты не указываем.

Ответ: Расход равён 5,4 литр/мин.

Другими словами при расходе 5,4 литр/мин. калькулятор предоставил результат сопротивления: 265 Па или 0,027м.в.ст.

Если высчитать что при расходе 5,4 литра за минуту тратится 20 градусов, то это значит, что в отопительном приборе тепловой носитель теряет около 7,4 кВт.

Если отопительный прибор не тратит подобное количество тепла, то перепад по температуре окажется меньшей и поэтому природный напор окажется меньшей. Есть способы, как отыскать точный расход через отопительный прибор, однако нужно связать еще некоторые законы по потерям тепла через отопительный прибор. Это то, что если в отопительном приборе будет недостаточно теряться температуры, то перепад температур окажется меньшей. Исходя из этого гравитационный напор окажется меньшей. А за ним и расход.

Однако если данный отопительный прибор потребляет подобное количество тепла, что при расходе в 5,4 литра за минуту тратится 20 градусов, то решение верное.

Естественно эта задача исключительно для примера. И потери тепла отопительного прибора вымышленные. Вы можете подставлять разные данные по температурному перепаду и поэтому искать для собственной схемы пригодные параметры. Что же касается сопротивления котлов, и отопительных приборов, то их можно сосчитать в самых разнообразных программах или самому по формулам. Можно данные по сопротивлениям отыскать в справочниках.

По желанию понять, как я узнал, сколько теряется тепла в радиаторе, то ознакомьтесь с данными статьями:

Законы переноса тепла по трубам

Расчет теплопотерь через отопительный прибор

то оставте Ваше Имя и Email.

Жилищно коммунальные проблемыМонтажные работы: Проекты, схемы, чертежи, фото, описание.Если наскучило читать, можно взглянуть практичный видео сборник по системам водообеспечения и теплоснабжения

Корректный расчет системы обогрева с конвективной циркуляцией

Независимая отопительная система дома может осуществляется с естественной или циркуляцией принудительного типа носителя тепла.При принудительном способе вода в трубах двигается под влиянием насоса, при естественном — циркуляция выполняется за счёт разности в весе между горячей и охлажденной водой.

Нагретая в котле вода становится шире, ее удельный вес уменьшается, тепловой носитель подымается по стояку вверх, дальше двигается по горизонтальной трубе, проложенной с уклоном, проникает в стояк и идет через батареи отопления, где охлаждается.

Охлажденная вода получается тяжелее и опускается вниз к котлу.

Отопительная система с природной вентиляцией легче устанавливается, длительнее служит, не прекращает работу устойчиво, а благодаря отсутствию насоса — бесшумна и независима от наличия электрической энергии.

Минусами этой системы считаются:

• ограничения в объеме обогреваемых помещений
• замедленное включение в работу
• необходимость прокладки труб большего размера, что увеличивает потребление материалов
• опасность замерзания труб в холодных помещениях из-за невысокой скорости движения носителя тепла.

Однотрубные системы

Отопительные системы ленинградка, в отличие от отопительных систем с двумя трубами с конвективной циркуляцией дешевле и проще устанавливаются, просят меньше труб, благодаря этому разводка не портит дизайн помещения.

Монтаж выполняется по схеме с верхней разводкой (в основном, по чердачному этажу). Дальше вода по стояку постепенно поступает в батареи отопления нижних и верхних этажей.

В радиаторы цокольных этажей поступает вода меньшей температуры.

Чтобы обеспечить одинаковое теплоснабжение помещений, на верхнем этаже параллельно батареям теплоснабжения ставятся циркуляционные насосы — отрезки труб с регулирующей арматурой, а на нижних — отопительные приборы с очень приличным количеством секций.

Классически вентили ставятся как на байпасе, так и при входе в отопительный прибор. В настоящий момент применяют трехходовые краны, монтируемые в точке соединения подводящей трубы с перемычкой.

Использование современных контроллеров позволяет автоматизировать процесс управления краном.

К процессу установки систем отопления с одной трубой с конвективной циркуляцией предъявляют высокие требования, так как несоблюдение правил может привести к уменьшению скорости движения носителя тепла или отсутствию его циркуляции.

Нужно укладывать трубы, строго выдерживая наклонный угол, исполнять разводку с минимумом поворотов, создающих сопротивление потоку носителя тепла, применять трубы проектного сечения.

Расчет системы

Расчет системы традиционного отопления с конвективной циркуляцией весьма непрост и включает:

• обозначение мощности котла
• отопительных систем
• выбор диаметра труб

Полный расчет мощности котла построен на подсчете теплопотерь через крышу, полы, стены и проемы строения в зависимости от их площади, материала изготовления и температурные разницы в доме и на улице.

Самый простой расчет можно сделать по формуле:

• Wк — котельная мощность (кВт)
• Wуд — удельная мощность на 10 кв. метров дома (кВт)
• S — вся площадь дома (кв. м.).

Удельная мощность зависит от зоны климата и составляет:

• для подмосковья 1,2 — 1,5 кВт
• для районов севера — 1,5 — 2 кВт
• для южных — 0,7 — 0,9 кВт.

Отопительная система заполняется водой исходя из соотношения: не меньше 15 литров на киловатт мощности котла.

Мощность отопительных приборов можно определить по такой же формуле, подставив в нее величины площадей обогреваемых комнат или исходя из объема помещений — на теплоснабжение одного кубометра комнаты необходимо примерно 40 ватт мощности.

Мощность отопительных приборов, размещенных на первом этаже делают больше на 15 — 20%.

Расчет диаметра труб выполняется так:

1. На основании перепадов высот и длин труб, температурные разницы носителя тепла при входе и выходе котла устанавливается циркуляционное давление.
2. Потом вычисляют потери давления на линейных трубопроводных участках, поворотах и в радиаторах для конкретного диаметра труб.
3. Если потери превышают величину циркуляционного давления, подбирают трубы с большим диаметром и повторяют расчет.

Методика расчета описана в многостраничных методических указаниях и навряд ли по силам человеку без специализированного образования, но решение нашлось.

Программы расчета отопительных систем можно найти в сети интернет. Введя в программу собственные исходники можно получить вполне доступные результаты. Это можно отнести как к расчету мощности, так и к определению диаметров труб.

От качественного подбора отопительной схемы, мощности котла и отопительных приборов, диаметра труб в большинстве случаев зависит рабочая эффективность всей системы.

Лучше истратить время на расчеты или предоставить их профессионалам, чем жить в неотапливаемом доме или расходовать силы и наличные средства на удаление допущенных ошибок. опубликовано econet.ru

Если у вас появились вопросы по данной теме, задайте их профессионалам и читателям нашего проекта тут.

P.S. И не забывайте, лишь только меняя собственное употребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Рабочий принцип и расчет системы обогрева с конвективной циркуляцией

Главная отопительная система абсолютно не всегда оказывается эффектной, кроме того, в индивидуальных далеких регионах она не может быть проведена по преимущественно техническим причинам. В подобных вариантах избавлением от проблемы становится независимая отопительная система с конвективной циркуляцией либо принудительным перемещением носителя тепла.

Как отличаются понудительная и конвективная циркуляция в системе обогрева

В принудительном порядке циркуляция предполагает передвижение воды по трубам за счёт рабочего усилия насоса. Природная система не просит задействования данного оборудования, тут движение носителя тепла обеспечивается разницей значений веса горячей и уже охлажденной воды.

Отопительная схема дома в два этажа с циркуляцией принудительного типа

После подогревания котлом вода становится шире, параллельно происходит уменьшение удельного веса носителя тепла. Последний подымается вверх, после этого передвигается по горизонтальной трубе, которая проложена под маленьким уклоном, потом проникает в стояк, следом – в батареи отопления, где происходит отдача тепла и охлаждение. Охлажденная вода опять получается тяжелее и спускается к котлу.

Монтаж отопительной системы с конвективной циркуляцией доставляет куда меньше забот. Система служит подольше, не прекращает работу бесперебойно, очень тихо, она не зависит от подачи электрической энергии.

Схема конвективной циркуляции в системе отопления

При подобных преимуществах теплоснабжение с конвективной циркуляцией не лишено и ряда минусов:

• площадь обогреваемых помещений ограничена
• после остановки система плавно идет назад к работе
• высокий потребление материалов, обусловленный необходимостью прокладки труб существенного диаметра
• небольшая скорость перемещения носителя тепла, чреватая замерзанием труб

В чем плюсы схемы «Ленинградка» с конвективной циркуляцией

Установка систем ленинградка на порядок легче работы с двухтрубными. Для их организации не потребуется огромного количества труб, что дает возможность сэкономить средства и не портить интерьер обогреваемой комнаты.

Монтаж отопительной системы с конвективной циркуляцией выполняется с верхней разводкой, в основном по чердачному этажу. Оттуда тепловой носитель поэтапно опускается в отопительные приборы жилищных помещений.

Однотрубные и двухтрубные отопительные системы

Нужно обратить внимание! Система состоящая из одной трубы при верхней разводке поставляет в оборудование на нижних этажах меньше тепла, так как на пути вниз тепловой носитель теряет температуру.

Благодаря этому для оснащения одинакового обогревания верхнего и всех цокольных этажей дома применяют технические хитрости. Так, на верхнем этаже рядом с отопительными приборами ставятся циркуляционные насосы, собой представляет отрезки труб, оснащенные арматурой регулировки. А помещения цокольных этажей оснащаются батареями с очень приличным количеством секций.

Вентили эксперты советуют ставить и на байпасах, и при входе в каждый отопительный прибор. В современных системах отопления ставятся трехходовые краны, которые устанавливаются в точке, где соединяются подводящая труба и перемычка.

Схемы подсоединения отопительных приборов

Монтаж аналогичного оборудования для отопления просит строгого выполнения технических требований. Несоблюдение правил опасно снижением и без этого не слишком большой скорости движения носителя тепла. При грубых ошибках в устройства системы и вовсе не получается обеспечить движение воды по замкнутому контуру по трубам.

Основные условия к прокладывании труб:

• разводка с очень малым количеством поворотов, которые будут мешать потоку носителя тепла
• неукоснительное соблюдение рекомендованного наклонного угла
• применение труб с проектным сечением

Как своими силами высчитать систему отопления с одной трубой

Важные этапы расчета традиционного отопления:

• расчет требуемой мощности котла
• расчет мощности всех радиаторов, которые будут подключены к системе
• выбор диаметра труб

Рассчитываем котельная мощность

Котельная мощность рассчитывается с учетом будущих показателей теплопотери через стены, полы, крышу строения. При подсчете параметров мощности следует во внимание брать площадь перечисленных поверхностей, материал изготовления, а еще разницу в температурных показателях снаружи и внутри помещения во время, когда предполагается обогрев дома.

Потери тепла обычного личного дома

Схема расчета мощности котла: Wк = Wуд х S/10, где

• S – общаяя площадь помещения
• Wуд – удельная мощность, которая требуется на каждые 10 кв.м. помещения
• Wк – параметры мощности котла

Нужно обратить внимание! Удельная мощность устанавливается условиями зоны климата. Так, для Подмосковья показатель меняется в пределах 1,2-1,5 кВт, на юге составляет 0,7-0,9, а в северных 1,5-2 кВт.

Как определить достаточную мощность отопительных приборов и трубный диаметр

Для расчета мощности отопительных приборов в системе отопления с конвективной циркуляцией применяется вышеприведенная формула с маленькой поправкой: взамен суммарной площади дома подставляются значения площадей любой комнаты.

Расчет системы отопления

Не забывайте! Для отопительных приборов на нижнем этаже понадобится увеличение мощности на 15-20%.

Расчет нужного диаметра труб проходит так:

1. Устанавливается циркуляционное давление, которое зависит от длины и высоты труб, а еще разницы температуры воды на выходе или входе из котла.
2. Вычисляются потери давления на поворотах, прямых участках и в каждом устройстве для обогрева помещения.

Сделать такие расчеты человеку без специализированных знаний, как и высчитать всю отопительную схему с настоящим типом циркуляции, не легко. Малейшая ошибка чревата очень большими потерями тепла. Благодаря этому расчеты и дальнейший монтаж системы отопления имеет смысл предоставить профессионалам.

Видео: самотечная отопительная система личного дома

Диаметр отопительных труб с конвективной циркуляцией

Основным пунктом расчета системы обогрева считается выбор диаметра труб. Принимается во внимание ряд моментов, зависящих от типа подсоединения элементов отопления, требуемой мощности системы, показателей котла и т.п. Начинать рассчитывать диаметр отопительных труб с конвективной циркуляцией следует с подбора определенного способа подсоединения системы и ее важных параметров. В ходе расчетов уже можно будет делать выводы о полезности использования того либо другого диаметра либо же исправлять параметры системы, исходя из экономических, инновационных либо даже соображений красоты.

Что принимается во внимание во время расчета

Главные критерии, которые главное предусмотреть:

• объем носителя тепла, достаточного для наполнения системы;
• длина контура отопления;
• номинальная быстрота потока носителя тепла;
• требуемая эфективность, кВт;
• циркуляционное давление;
• сопротивление труб и фитинга в контуре отопления.

Для любого параметра есть диапазон оптимальных значений. Расчет при этом должен дать размер трубы для отопления, удовлетворяющий всем необходимым потребностям и обеспечивающий идеальные параметры.

Расчеты затрагивают диаметра внутри. Уже после получения необходимого размера подбирается подходящий номинал, имеющийся в продаже, дальше выбирается материал. От этого может зависеть толщина стенок, внешний диаметр и внешний вид.

Параметры теплоснабжения, примененные для расчета диаметра труб

• объем отопительного контура;
• скорость движения носителя тепла;
• теплоемкость;
• перепад давления горячего и остывшего носителя тепла;
• высота контура.

Объем жидкости в системе с конвективной циркуляцией, сам по себе, не играет главной роли. Чем больше носителя тепла, тем больше тратится топлива для нагревания, но за счёт увеличенного объема увеличивается давление циркуляции, что помогает росту КПД теплоснабжения.

Диаметр отопительных труб с конвективной циркуляцией подбирается если есть возможность большим. Тем более, когда нет возможности увеличить общую высоту контура.

Необходимо распределять трубы и отопительные приборы так, чтобы уменьшить путь от котла к теплообменнику. Очень длинные линии на подаче, хотя и обеспечивают больший напор в системе, однако снизят результативность обогревания в дальних ее точках. При этом воздействие оказывает только высота участка.

Скорость жидкости исчерпывается в границах 0,4-0,6 м/с, что даст возможность уменьшить на минимум сопротивление в трубах. Было бы неплохо поддерживать переходной вид движения воды в трубах между ламинарным (одинаковым) и турбулентным (с завихрениями).

Необходимая мощность рассчитывается по формуле:

где V – объем помещения в метрах кубических, dt – температурный перепад на улице и в помещении, k – показатель потерь тепла для конструкций ограждения помещения. Это приближенная формула расчета.

При конвективной циркуляции важен напор циркуляции. Жидкость двигается исключительно под воздействием сил гравитации. Горячий тепловой носитель поступает в трубы, размещенные выше котла, к примеру под поверхностью потолка или на чердаке. В отопительных приборах тепло переходит к внутреннему воздуху помещения. Прохладная вода имеет высокую плотность и тяжелее горячей, потому она опускается, создавая природный поток, стекая в котел, где вновь нагревается, образовывая неразрывный цикл

Главная формула напора конвективной циркуляции:

где h – высота в метрах, g – ускорение свободного падения, ?пт и ?от – плотность воды в среднем значении в подающем трубопроводе и обратном.

Схема для расчета высоты водного уровня

Важный параметр, действующий на результативность теплоснабжения – это высота водного уровня в системе, разница между уровнями подвода и водоотвода от отопительного прибора. Конкретно она задает нужный циркуляционный напор под воздействием сил тяжести. Для двухтрубного горизонтального подсоединения высота считается между средней линией отопительного прибора и средней линией котла, потому понятно, что котел должен находиться намного меньше. Для дома в один этаж это значит расположение котла в помещении подвала.

Высота при вертикальном распределении означает разницу уровней подводящей линии и обратной, при условиях, что котел находится собственно на уровне отводящей линии или чуть-чуть ниже. Но очень часто технически невозможно разделить котел и отопительные приборы на достаточной разнице высот, потому необходимо уменьшать сопротивление контура, также наращивать трубный диаметр.

Порой достаточно установить разгонный коллектор, «Л»-образный участок труб,ы дополнительно повышающий высоту отопительного контура. Формировать его необходимо конкретно от котла вверх и от верхней точки по пологому пути к первому теплообменнику в контуре.

Расчет сопротивления выбор благоприятного трубного диаметра

Имея на руках все перечисленные выше данные, начинается выбор сечения, часто не за 1 подход. Сделав разметку прокладки соответственно со схемой подсоединения, берется символический размер в сечении, к примеру в 1 дюйм. Потом рассчитывается сопротивление системы и сравнивается с напором, создаваемым гравитацией при номинальном значении нагрева носителя тепла и температуры охладившейся обратки.

• Если напора не хватает, то возрастает сечение, и расчеты повторяются.
• Если скорость движения воды очень низкая или объем носителя тепла очень большой, то уменьшается сечение, и расчет повторяется снова.

Сопротивление трубопровода легче выразить как потерю напора в метрах столба воды. Применяется обычная формула:

где H – относительная высота равная сопротивлению контура, ? – показатель шероховатости, Lк – длина контура, Dт – диаметр внутри канала, V – скорость движения жидкости, g – ускорение свободного падения.

В формуле есть все основные параметры, например скорость направления, трубные диаметры в системе обогрева и их протяженность. Сложность появляется с показателем ? (гидравлического трения), который легче всего узнать из справочных данных для того типа труб, который подобран в качестве основополагающего во время проектирования. В другом случае понадобится объемный и сложный путь расчета с использованием Числа Рейнольдса, формул Блазиуса и Конакова, Альтшуля и Никурадзе.

Задача заключается в том, чтобы при конвективной циркуляции сопротивление контура было меньше или равно напору, создаваемому разницей уровней.

Чтобы понимать, какой размер трубы выбрать для отапливания с конвективной циркуляцией, нужно взять самый длинный контур от котла до дальнего отопительного прибора и сопоставлять расчетную потерю напора при условиях, что и напор выходит минимальный. Имеется в виду, что при распределении маршрутов в теплоснабжении с конвективной циркуляцией все подводящие линии находятся с меньшим необходимым уклоном от места близлежащего к котлу и к дальнему подводу последнего отопительного прибора. Составляет уклон приблизительно 1 см на каждый метр или не меньше 0,5%.

Получив результаты

В ходе расчетов устанавливается хороший размер трубы. Но нужно брать во внимание, что конечное проектирование должно делаться специалистам и с использованием намного более сложных формул и схем. Берутся во внимание и кол-во колен, способ подсоединения, оптимизация по расходам, экономичной полезности и даже красивого вида. При подборе диаметра принимается во внимание разграничение труб на главные и подводящие, наличие арматуры запорной и регулирующих приборов, благодаря которым настраевается обогрев в индивидуальных помещениях.

Получилось ли Вам своими силами сделать выбор диаметра трубы системы отопления? Как вариант, можно испробовать сосчитать параметры собственного существующего теплоснабжения и определить его результативность. Может быть, стоит пересмотреть определенные факторы для достижения лучших показателей, тем более в экономии. Собственные результаты, а еще мнение о этой инструкции оставляйте в комментариях под статьей.

Нередкая ошибка устаревших отопительных систем с конвективной циркуляцией связана с трубной разводкой. Колена формировались чрезмерно угловатым и с заужением сечения, что приводит к значительному повышению гидродинамического сопротивления. Для уменьшения сопротивления стоит соблюсти хороший радиус разворота (для труб из стали это 2-2,5D) и применять трубогиб для сохранения профиля труб.

Диаметр отопительных труб с конвективной циркуляцией