Расчет коллектора теплоснабжения

Режимы работы гидравлического разделителя

Основная задача данной конструкции – гидравлическое разделение котлового и потребительского контуров. После выполнения такого разделения система может работать в разных режимах, когда:

• расход котла = расходу потребителей;
• расход котла
• расход котла>расхода потребителей.

Некоторые считают такую гибкость одним из преимуществ применения гидрострелки для отопления дома. В действительности же, из всех перечисленных вариантов рабочим является только один. Рассмотрим, почему именно так.

Q котла = Q потребителей

Конечно, равенство расходов двух контуров является идеальной ситуацией, однако на практике реализация такого режима невозможна. Даже если сопротивление контуров и производительность насосов подобрать таким образом, чтобы уравнять расход, при включении одного из потребителей или, например, термоголовки радиатора все равенство сойдет на нет.

Q котла

Данный режим, когда расход отопительного прибора меньше, чем того требуют потребители, вполне возможен, однако его как раз допускать ни в коем случае нельзя. Чтобы понять, чем опасна такая ситуация, разберем принцип работы гидрострелки отопления в подобном режиме.

Предположим, что котел способен выдавать 30 литров теплоносителя в минуту, тогда как система отопления требует 90 л/мин. В этом случае недостающий расход, а именно 60 л/мин, система будет пополнять за счет обратного тока теплоносителя, температура которого приблизительно на 20 градусов ниже. Таким образом, в контур потребителя будет попадать вода с более низкой температурой, что вынуждает увеличивать расход топлива и разогревать ее до более высоких температурных параметров.

Подобный режим работы гидроразделителя в системе отопления некоторыми «специалистами» отмечается как преимущество. Мол, в этом случае появляется возможность применения более дешевого котла с меньшим расходом. Как нам удалось выяснить, такой подход в корне неправильный, поскольку может привести к перерасходу топлива и, что еще хуже, выходу со строя отопительного прибора.

Q котла >Q потребителей

Единственно правильным режимом работы гидравлического разделителя является использование котлового контура с немного большим расходом, чем того требует контур потребителя. В этом случае лишний теплоноситель возвращается в котел через обратку, подогревая ее. Это необходимо для того, чтобы в переходном режиме, когда включается «холодный» потребитель (гостевой дом, бассейн, подвал), не допустить теплового удара. Проще говоря, чтобы холодная обратная подача не нанесла вред котлу, она подогревается разогретым теплоносителем.

Что такое гидрострелка в системе отопления устройство и схема

Конструкция гидрострелки чрезвычайно проста. Это кусок трубы прямоугольного или круглого сечения, который имеет четыре отвода – два со стороны котлового контура и два со стороны потребителей. Располагать такой элемент можно как горизонтально, так и вертикально. Хотя чаще встречается второй вариант, поскольку в этом случае проще устанавливать воздухоотводчик и кран для удаления шлама, который скапливается в нижней части конструкции.

Схема гидравлической стрелки для систем отопления в разрезе

Некоторые производители внутри гидроразделителя устанавливают две сетки. Одна служит для сепарации воздуха, а другая для отделения шлама. Хотя чаще всего подобное изделие полностью пустое, поскольку в процессе эксплуатации сетки довольно быстро забиваются и теряют свою эффективность.

Устанавливается гидрострелкав разрыв линии соединения котла и коллектора, разделяющего поток теплоносителя между потребителями. Иногда гидроразделитель и коллектор собираются в одном корпусе.Это упрощает монтаж и делает общую конструкцию более компактной.

Пример схемы изготовления гидрострелки с коллектором в одном корпусе

Что рассчитывается

Выполняется данная процедура в отношении нижеперечисленных рабочих параметров инженерной коммуникации.

1. Расход жидкости на отдельных сегментах водопровода.
2. Скорость потока рабочей среды в трубах.
3. Оптимальный диаметр водопровода, который обеспечивает приемлемое падение напора.

Рассмотрим методику расчёта этих показателей подробно.

Расход воды

Данные по нормативному расходу воды отдельными сантехническими приборами указаны в приложении к СНиП 2.04.01-85. Этот документ регламентирует сооружение канализационных сетей и внутренних водопроводов. Ниже приведена часть соответствующей таблицы.

Таблица 1

Если предполагается использовать одновременно несколько приборов, расход суммируется. Так, в случае, когда работает душевая кабинка на первом этаже с одновременным использованием туалета на втором этаже, логично сложить объём расхода воды обоими потребителями – 0,12+0,10 = 0,22 литр/секунда.

Напор воды в будущем водопроводе зависит от правильности проводимых расчетов

Важно! На пожарные водопроводы распространяется следующая норма: на одну струю он должен обеспечивать расход не менее 2,5 литр/сек. Вполне понятно, что при пожаротушении количество струй от одного пожарного гидранта определяется площадью и типом здания

Для удобства ознакомления информация по этому вопросу тоже размещена в табличной форме

Вполне понятно, что при пожаротушении количество струй от одного пожарного гидранта определяется площадью и типом здания. Для удобства ознакомления информация по этому вопросу тоже размещена в табличной форме.

Таблица 2

Подбор распределительного коллектора

Главное правило – диаметр коллектора ни в коем случае не должен быть меньше размера трубы подводящей линии. Чем больше диаметр распределительной «гребенки» – тем лучше для равномерности давления на точках разбора воды и/или теплоносителя.

Неправильный подбор «гребенки» (см. рекомендации выше), например, для водопровода, может вызвать скачки по расходу на разных приборах (см. рис. 2) и вызвать разбалансировку, например, на смесителе.

Рис. 2. Результат неправильного подбора коллекторов для холодного и горячего водоснабжения

Если на квартирном вводе горячей и холодной воды не установлены регулирующие клапаны, принудительно стабилизирующие давление в «гребенке», то для квартирных коллекторов особенно важно придерживаться правил последовательности подключения. Присоединять устройства, неравномерность расхода на которых слабо влияет на работоспособность или комфортность водоснабжения, нужно как можно «ниже» по течению воды в «гребенке»

Первым следует подключать водонагреватель, затем – смесители, вслед за этим – стиральную и посудомоечные машины (убедившись, что отсечной клапан «нет воды» настроен на давление ниже, чем падение, вызванное изменением водоразбора), и в самом конце коллектора – патрубок сливного бачка (см. рис. 3).

Рис. 3 Пример подключения квартирного распределительного коллектора холодной воды

Общий коллектор расчет

Ключевой режим работы характеризуется тем, что транзистор находится в одном из двух состояний: в полностью открытом (режим насыщения), или полностью закрытом (состояние отсечки).

Рассмотрим пример, где в качестве нагрузки выступает контактор типа КНЕ030 на напряжение 27В с катушкой сопротивлением 150 Ом. Индуктивным характером катушки в данном примере пренебрежем, считая, что реле будет включено раз и надолго.

Рассчитываем ток коллектора:

Ik =( Ucc — U кэнас)/ R н , где

Ik –ток коллектора

Ucc — напряжение питания (27В)

U кэнас- напряжение насыщения биполярного транзистора (типично от 0.2 до 0.8В, хотя и может прилично различаться для разных транзисторов), в нашем случае примем 0.4В

R н- сопротивление нагрузки (150 Ом)

Ik = (27-0.4)/150 = 0.18 A = 180мА

На практике из соображений надежности элементы всегда необходимо выбирать с запасом. Возьмем коэффициент 1.5

Таким образом, нужен транзистор с допустимым током коллектора не менее 1.5*0.18=0.27А и максимальным напряжением коллектор-эмиттер не менее 1.5*27=40В.

Открываем справочник по биполярным транзисторам . По заданным параметрам подходит КТ815А ( Ik макс=1.5А U кэ=40В)

Следующим этапом рассчитываем ток базы, который нужно создать, чтобы обеспечить ток коллектора 0.18А.

Как известно, ток коллектора связан с током базы соотношением

Ik = I б* h 21э,

где h 21э – статический коэффициент передачи тока.

При отсутствии дополнительных данных можно взять табличное гарантированное минимальное значение для КТ815А (40). Но для КТ815 есть график зависимости h 21э от тока эмиттера. В нашем случае ток эмиттера 180мА, этому значению соответствует h 21э=60. Разница невелика, но для чистоты эксперимента возьмем графические данные.

Для расчета базового резистора R 1 смотрим второй график, где приведена зависимость напряжения насыщения база-эмиттер ( U бэнас) от тока коллектора. При токе коллектора 180мА напряжение насыщения базы будет 0.78В (При отсутствии такого графика можно использовать допущение, что ВАХ перехода база-эмиттер подобна ВАХ диода и в диапазоне рабочих токов напряжение база-эмиттер находится в пределах 0.6-0.8 В)

Следовательно, сопротивление резистора R 1 должно быть равно:

R 1=( U вх- U бэнас)/ I б = (5-0.78)/0.003 = 1407 Ом = 1.407 кОм.

Из стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в меньшую сторону (1.3 кОм)

Если к базе подключен шунтирующий резистор (вводится для более быстрого выключения транзистора или для повышения помехоустойчивости) нужно учитывать, что часть входного тока уйдет в этот резистор, и тогда формула примет вид:

R 1= ( U вх- U бэнас)/( I б+ I_R2) = ( U вх- U бэнас)/( I б+ U бэнас/ R 2)

Так, если R 2=1 кОм, то

R 1= (5-0.78)/(0.003+0.78/1000) = 1116 Ом = 1.1 кОм

Рассчитываем потери мощности на транзисторе:

P = Ik * U кэнас

U кэнас берем из графика: при 180мА оно составляет 0.07В

P = 0.07*0.18= 0.013 Вт

Мощность смешная, радиатора не потребуется.

trzrus.ru

Трудности выбора диаметра труб отопления

Схема отопления с указанием диаметра труб

Казалось бы — выбор диаметра труб для отопления частного дома не является сложной задачей. Они должны лишь обеспечить доставку теплоносителя от источника его нагрева к приборам теплоснабжения – радиаторам батареям.

Но на практике неправильно подобранный диаметр коллектора отопления или подающей трубы может привести к значительному ухудшению работы всей системы. Это объясняется процессами, которые происходят во время движения воды по магистралям. Для этого нужно знать основы физики и гидродинамики. Чтобы не вдаваться в дебри точных расчетов, можно определить основные характеристики отопления, которые напрямую зависят от сечения трубопроводов:

• Скорость движения теплоносителя. Она влияет не только на повышение шума при работе теплоснабжения, но и нужна для оптимального распределения тепла по приборам отопления. Попросту вода не должна успеть остыть до минимального уровня при достижении последнего радиатора в системе;
• Объем теплоносителя. Так, диаметр труб с естественной циркуляцией отопления должен быть большим, чтобы снизить потери при трении жидкости о внутреннюю поверхность магистрали. Однако наряду с этим увеличивается объем теплоносителя, что влечет за собой повышение затрат на его нагрев;
• Гидравлические потери. Если в системе будут применены разные диаметры пластиковых труб для отопления, то неизбежно возникнет разность давления на их стыке, что приведет к возрастанию гидравлических потерь.

Как выбрать диаметр трубы для отопления, чтобы по факту установки не пришлось переделывать всю систему теплоснабжения из-за крайне низкой эффективности? Прежде всего, следует выполнить правильный расчет сечения магистралей. Для этого рекомендуется воспользоваться специальными программами и при желании проверить результат самостоятельно вручную.

В месте состыковки диаметры полипропиленовых труб для отопления уменьшаются из-за наплава. Снижение сечения зависит от степени нагрева при пайке и соблюдения технологии монтажа.

Скорость потока

Предположим, что перед нами поставлена задача расчёта тупиковой водопроводной сети при заданном пиковом расходе через неё. Цель вычислений – определение диаметра, при котором будет обеспечена приемлемая скорость перемещения потока по трубопроводу (согласно СНиПу – 0,7 – 1,5 м/сек).

Для подбора диаметра трубы также необходимы расчеты

Применяем формулы. Размер трубопровода увязывается со скоростью потока воды и её расходом такими формулами:

S – площадь поперечного сечения трубы. Единица измерения – метр квадратный; π – известное иррациональное число; R – радиус внутреннего диаметра трубы.

Единица измерения — те же метры квадратные.

На заметку! Для чугунных и стальных труб радиус обычно приравнивают к половине их условного прохода (ДУ). У большинства пластиковых трубных изделий номинальный наружный диаметр на шаг больше внутреннего диаметра. Например, у полипропиленовой трубы с внутренним сечением 32 миллиметра наружный диаметр равен 40 миллиметров.

Следующая формула выглядит так:

W – расход воды в кубометрах; V – скорость потока воды (м/сек.); S – площадь сечения (метры квадратные).

Пример. Выполним расчет трубопровода системы пожаротушения для одной струи, расход воды в которой равен 3,5 литра в секунду. В системе СИ значение этого показателя будет таким: 3,5 л/сек = 0,0035 м3/сек. Такой расход на одну струю нормируется на тушение пожара внутри складских и производственных зданий объёмом от 200 до 400 кубометров и высотой до 50 метров.

У полимерных труб наружный диаметр может быть на шаг больше внутреннего

Сначала берём вторую формулу и вычисляем минимальную площадь сечения. Если скорость составляет 3 м/сек., этот показатель равен

S=W/V=0,0035/3= 0,0012 м2

Тогда радиус внутреннего сечения трубы будет таким:

Таким образом, внутренний диаметр трубопровода должен быть равен минимум

Dвн. = 2R = 0,038 м =3,8 сантиметров.

Если результат вычислений является промежуточной величиной между стандартными значениями размеров трубных изделий, округление производится в большую сторону. То есть в данном случае подойдёт стандартная стальная труба с ДУ=40 мм.

Как просто узнать диаметр. Для того чтобы выполнить быстрый расчёт, можно использовать ещё одну таблицу, которая непосредственно увязывает расход воды через трубопровод с его условным диаметром. Она представлена ниже.

Таблица 3

Потеря напора

Расчёт потери напора на участке трубопровода известной длины выполняется достаточно просто. Но здесь необходимо использовать изрядное количество переменных. Найти их значения можно в справочниках. А формула выглядит следующим образом:

P – потеря напора в метрах водяного столба. Такая характеристика применима ввиду того, что изменяется давление воды в её потоке; b – гидравлический уклон трубопровода; L – длина трубопровода в метрах; K – специальный коэффициент. Этот параметр зависит от назначения сети.

На потерю напора влияет наличие запорной арматуры и изгибы трубопровода

Данная формула значительно упрощена. На практике падение напора вызывают запорная арматура и изгибы трубопровода. С цифрами, отображающими данное явление в фасонных частях, вы можете ознакомиться, изучив следующую таблицу.

Таблица 4

Некоторые элементы вышеуказанной формулы необходимо прокомментировать. С коэффициентом всё просто. Его значения можно узнать из СНиПа № 2.04.01-85.

Таблица 5

Что же касается понятия «гидравлический уклон», то здесь всё намного сложнее.

Важно! Данная характеристика отображает сопротивление, оказываемое трубой движению воды. Гидравлический уклон – величина производная от следующих параметров:

Гидравлический уклон – величина производная от следующих параметров:

• скорость потока. Зависимость прямо пропорциональная, то есть гидравлическое сопротивление тем выше, чем быстрее движется поток;
• диаметр трубы. Здесь зависимость уже обратно пропорциональная: гидравлическое сопротивление возрастает с уменьшением сечения ветки инженерной коммуникации;
• шероховатость стенок. Этот показатель зависит в свою очередь от материала трубы (поверхность ПНД или полипропилена более гладкая, чем у стали). В некоторых случаях немаловажным фактором является возраст труб водопровода. Формирующиеся со временем известковые отложения и ржавчина увеличивают шероховатость поверхности их стенок.

В старых трубах гидравлическое сопротивление возрастает, так как из-за зарастания внутренних стенок труб их просвет сужается

Графический метод расчета системы горячего водоснабжения

Поскольку для определения количества оборудования, которое необходимо приобрести для организации солнечного нагрева воды и подачи ее в дом, особая точность не требуется, многие изготовители и поставщики систем горячего водоснабжения разработали собственные методики расчета, воплотив их в простейшие графики.

По таким графикам любой потенциальный покупатель может самостоятельно определить свои потребности в тех или других компонентах системы нагрева воды. Ниже приведен один из таких графиков. Чтобы определиться с составом оборудования, необходимо выполнить несколько последовательных шагов.

Графическое определение состава оборудования для горячего водоснабжения

1. Определить количество постоянных потребителей.
2. Задать примерный объем расходуемой воды.
3. На основании этих данных определить рекомендуемый объем бойлера.
4. Задать оптимальную степень замещения суточных потребностей в тепле на энергию солнца.
5. Выбрать грубо («Север» — «Юг») вашего месторасположения.
6. Определить предполагаемую ориентацию гелиевых коллекторов.
7. Задать угол наклона коллекторов по отношению к горизонту.

Выполнив эти действия, вы получите примерный состав оборудования, которое необходимо для удовлетворения ваших потребностей в горячей воде, а именно объем бойлера, количество коллекторов. А уж за вами остается решение, как именно использовать это оборудование – в качестве основной или вспомогательной системы горячего водоснабжения.

Зная состав системы ГВС, можно легко рассчитать стоимость всех компонентов, а также приблизительно рассчитать сроки окупаемости этого оборудования.

solarb.ru

Достоинства схемы

Системы отопления загородного дома

Достоинства такой схемы подачи теплоносителя заключаются в удобстве использования. Эксплуатация системы и управление отопительными приборами максимально комфортны:

1. Температуру каждого элемента контура можно регулировать централизованно. Находясь возле коллектора, владелец  жилья может ограничить подачу теплоносителя к любому регистру или отключить ее вовсе. Удобно контролировать температурный режим в каждой комнате.
2. Каждая ветка, которая отходит от коллектора, питает только один радиатор. Поэтому для укладки магистралей можно использовать трубы небольшого диаметра. В большинстве случаев магистрали укладываются в бетонное основание. При этом нагревается пол.
3. В случае необходимости при помощи коллектора легко сформировать несколько независимых контуров с разными температурными показателями. Для этого предпочтительно использование так называемой гидрострелки – разновидности коллектора. Она отличается большим внутренним диаметром трубы.

Монтаж данного варианта коллекторного отопления несколько необычен. Предполагается создание коротких контуров между подачей горячей воды и обратными магистралями.

Нагретая котлом вода постоянно циркулирует по контурам гидрострелки. При этом отбирать горячий теплоноситель можно на разном расстоянии от коллектора, создавая перепад температур даже в отдельно взятой комнате. Этот вариант может применяться при комплексном отоплении дома — с использованием традиционных систем и «теплых полов».

Гидравлический расчёт трубопроводов систем отопления с помощью программ

Расчёт отопления частного дома – достаточно сложная процедура. Однако специальные программы её значительно упрощают. Сегодня доступен выбор нескольких онлайн сервисов такого типа. На выходе получаются следующие данные:

• требуемый диаметр трубопроводной линии;
• определённый вентиль, служащий для балансировки;
• размеры элементов отопления;
• значения датчиков перепадов давления;
• параметры контроля термостатических клапанов;
• числовые настройки регулирующих деталей.

Программа «Oventrop co» для выбора полипропиленовых труб. Перед её запуском необходимо определить искомые элементы оборудования и задать настройки. По окончании вычислений пользователь получает несколько вариантов реализации системы отопления. В них итерационно вносятся изменения.

Расчет теплосети позволяет правильно подобрать трубы и узнать расход теплоносителя

Данное программное обеспечение гидравлического расчёта позволяет выбрать трубные элементы магистрали нужного диаметра и определить расход теплоносителя. Оно – надёжный помощник при вычислении как однотрубной, так и двухтрубной конструкции. Удобство работы – вот одно из основных достоинств «Oventrop co». В комплект данной программы входят готовые блоки и каталоги материалов.

Программа «HERZ CO»: расчёт с учётом коллектора. Это программное обеспечение находится в свободном доступе. Оно позволяет производить расчёты вне зависимости от количества труб. «HERZ CO» помогает создавать проекты для ремонтируемых и новых зданий.

Обратите внимание! Здесь есть один нюанс: для создания конструкций используется гликолевая смесь. Программа тоже ориентирована на расчёт одно- и двухтрубных систем отопления

С её помощью учитывается действие термостатического вентиля, а также определяются потери давления в отопительных приборах и показатель сопротивления потоку теплоносителя

Программа тоже ориентирована на расчёт одно- и двухтрубных систем отопления. С её помощью учитывается действие термостатического вентиля, а также определяются потери давления в отопительных приборах и показатель сопротивления потоку теплоносителя.

Результаты расчётов выводятся в графическом и схематическом виде. В «HERZ CO» реализована функция справки. В программе имеется модуль, выполняющий функцию поиска и локализации ошибок. Пакет программ сдержит каталог данных о приборах для обогрева и об арматуре.

Программный продукт Instal-Therm HCR. С помощью данного программного обеспечения можно рассчитать радиаторы и обогрев поверхностей. В комплект его поставки входит модуль Tece, в котором содержатся подпрограммы для проектирования систем водоснабжения разных типов, сканирования чертежей и расчёта тепловых потерь. Программа оснащена различными каталогами, которые содержат арматуру, батареи, теплоизоляцию и разнообразные фитинги.

Протяженность трубопровода имеет важное значение для расчетов

Компьютерная программа «ТРАНЗИТ». Данный пакет программ позволяет осуществлять многовариантный гидравлический расчёт нефтепроводов, в которых имеются промежуточные нефтеперекачивающие станции (далее НПС). В качестве исходных данных выступают:

• абсолютная шероховатость труб, давление в конце магистрали и её протяжённость;
• упругость и кинематическая вязкость насыщенных паров нефти и её плотность;
• марка и число насосов, включаемых как на головной станции, так и на промежуточных НПС;
• раскладка труб по величине диаметра;
• профиль трубопровода.

Результат расчёта представлен в виде данных о характеристиках самотёчных участков магистрали и о расходе перекачки. Помимо того, пользователю выдаётся таблица, отображающая величину давления до и после любой из НПС.

В заключение необходимо сказать, что выше были приведены самые простые методики расчётов. Профессионалы используют куда более сложные схемы.

Во сколько обойдется монтаж гидрострелки с коллектором

Мы рассмотрели, что такое и для чего нужна гидравлическая стрелка в отоплении. Теперь попробуем разобраться, во сколько обойдется монтаж подобной конструкции вместе с коллектором и когда необходимо прибегать к такой услуге.

Гидроразделитель с коллектором сами по себе являются недешевыми компонентами. Кроме того, их установка тянет за собой ряд дополнительных затрат. Приведем усредненные цены, которые сегодня существуют на рынке данных услуг:

• Гидравлический разделитель (заводское изготовление) – 200 евро;
• Коллектор (завод.) – 300 евро;
• Обвязка (краны, фитинги) – 100 евро;
• Контроллер (необходим для управления насосами, вынесенными из-под юрисдикции котла) – 400 евро;
• Услуги монтажников (25% от стоимости материалов) – 250 евро.

Итого получается 1250 евро – сумма довольно приличная.Поэтому, прежде чем устанавливать гидрострелку, нужно убедиться, что она действительно необходима. Если специалист, выполняющий монтаж, не является ангажированным, тогда установку разделителя он будет рекомендовать только в случае наличия трех и более отопительных контуров (без учета бойлера).

Конечно, можно применить гидрострелку с коллектором кустарного производства, схема изготовления которой ничем не будет отличаться от заводского варианта.Однако качество материала и сварных швов вряд ли будет отвечать техническим нормам. Сэкономив на материалах, в итоге можно существенно понизить надежность системы. И хорошо, если поломка произойдет не в разгар отопительного сезона.

Полипропиленовый гидроразделитель – простой, но ненадежный вариант

Какой вывод можно сделать из данной статьи? Во-первых, многофункциональность гидрострелки, о которой так часто говорят, слишком преувеличена. Ее необходимо использовать только в одном случае – для согласования работы нескольких насосов с разной производительностью. Во-вторых, для надежной работы системы лучше использовать разделитель с коллектором заводского производства, а монтаж доверить специалистам, целью которых является не обогащение за счет клиентов, а реальная оптимизация работы автономного отопления.