Hydraulische berekening van een verwarmingssysteem aan de hand van een specifiek voorbeeld

Verwarming op basis van warmwatercirculatie is de meest gebruikelijke optie voor het inrichten van een privéwoning.Voor een competente ontwikkeling van het systeem is het noodzakelijk om voorlopige analyseresultaten te hebben, de zogenaamde hydraulische berekening van het verwarmingssysteem, waarbij de druk in alle delen van het netwerk wordt gekoppeld aan de diameters van de leidingen.

Het gepresenteerde artikel beschrijft in detail de berekeningsmethodologie. Om het algoritme van acties beter te begrijpen, hebben we de berekeningsprocedure bekeken aan de hand van een specifiek voorbeeld.

Door de beschreven volgorde aan te houden, is het mogelijk om de optimale diameter van de pijpleiding, het aantal verwarmingsapparaten, het ketelvermogen en andere systeemparameters te bepalen die nodig zijn voor het regelen van een effectieve individuele warmtetoevoer.

Concept van hydraulische berekening

De bepalende factor in de technologische ontwikkeling van verwarmingssystemen is de gebruikelijke energiebesparing geweest. De wens om geld te besparen dwingt ons om zorgvuldiger om te gaan met het ontwerp, de materiaalkeuze, installatiemethoden en werking van de verwarming van het huis.

Als u besluit een uniek en vooral economisch verwarmingssysteem voor uw appartement of huis te creëren, raden wij u daarom aan om vertrouwd te raken met de berekenings- en ontwerpregels.

Voordat u de hydraulische berekening van het systeem definieert, moet u duidelijk en duidelijk begrijpen dat het individuele verwarmingssysteem van een appartement of huis zich conventioneel een orde van grootte hoger bevindt dan het centrale verwarmingssysteem van een groot gebouw.

Een persoonlijk verwarmingssysteem is gebaseerd op een fundamenteel andere benadering van de concepten van warmte en energiebronnen.

De essentie van hydraulische berekeningen is dat het debiet van het koelmiddel niet vooraf wordt ingesteld met een significante benadering van de werkelijke parameters, maar wordt bepaald door pijpleidingdiameters te koppelen aan drukparameters in alle ringen van het systeem.

Het volstaat om een ​​triviale vergelijking van deze systemen uit te voeren op basis van de volgende parameters.

1. Het centrale verwarmingssysteem (stookruimte-huis-appartement) is gebaseerd op standaardtypen energiedragers: steenkool, gas. In een autonoom systeem kun je vrijwel elke stof gebruiken die een hoge soortelijke verbrandingswarmte heeft, of een combinatie van verschillende vloeibare, vaste of korrelige materialen.
2. De DSP is gebouwd op gewone elementen: metalen buizen, "onhandige" batterijen, afsluiters. Met een individueel verwarmingssysteem kunt u verschillende elementen combineren: radiatoren met meerdere secties met goede warmteoverdracht, hightech thermostaten, verschillende soorten pijpen (PVC en koper), kranen, pluggen, fittingen en uiteraard onze eigen zuinigere ketels, circulatiepompen.
3. Als je het appartement van een typisch paneelhuis binnengaat dat 20-40 jaar geleden is gebouwd, zien we dat het verwarmingssysteem neerkomt op de aanwezigheid van een batterij met 7 secties onder het raam in elke kamer van het appartement plus een verticale pijp door de gehele woning (stijgleiding), waarmee je kunt “communiceren” met boven/onderburen. Met een autonoom verwarmingssysteem (AHS) kunt u een systeem van elke complexiteit bouwen, rekening houdend met de individuele wensen van appartementbewoners.
4. In tegenstelling tot een DSP houdt een afzonderlijk verwarmingssysteem rekening met een vrij indrukwekkende lijst parameters die van invloed zijn op de overdracht, het energieverbruik en het warmteverlies. Omgevingstemperatuuromstandigheden, vereist temperatuurbereik in de kamers, oppervlakte en volume van de kamer, aantal ramen en deuren, doel van de kamers, enz.

De hydraulische berekening van het verwarmingssysteem (HRSO) is dus een voorwaardelijke reeks berekende kenmerken van het verwarmingssysteem, die uitgebreide informatie biedt over parameters als de buisdiameter, aantal radiatoren en kleppen.

Dit type radiator werd in de meeste paneelhuizen in de post-Sovjet-ruimte geïnstalleerd. Besparingen op materialen en gebrek aan ontwerpideeën liggen voor de hand

Met GRSO kunt u op de juiste manier een waterringpomp (verwarmingsketel) selecteren voor het transport van warm water naar de laatste elementen van het verwarmingssysteem (radiatoren) en als eindresultaat het meest uitgebalanceerde systeem krijgen, wat rechtstreeks van invloed is op de financiële investeringen in woningverwarming .

Een ander type verwarmingsradiator voor DSP. Dit is een veelzijdiger product dat een willekeurig aantal ribben kan hebben. Op deze manier kunt u het warmtewisselingsoppervlak vergroten of verkleinen

Volgorde van berekeningsstappen

Als we het hebben over de berekening van het verwarmingssysteem, merken we op dat deze procedure qua ontwerp het meest controversieel en belangrijk is.

Voordat u de berekening uitvoert, moet u een voorlopige analyse van het toekomstige systeem uitvoeren, bijvoorbeeld:

• een thermisch evenwicht tot stand brengen in alle en specifiek elke kamer van het appartement;
• thermostaten, kleppen en drukregelaars goedkeuren;
• kies voor radiatoren, warmtewisselingsoppervlakken, warmteoverdrachtpanelen;
• bepaal de delen van het systeem met maximale en minimale koelvloeistofstroom.

Bovendien is het noodzakelijk om het algemene schema voor het transport van de koelvloeistof te bepalen: volledig en klein circuit, enkel leidingsysteem of tweepijps hoofdleiding.

Als resultaat van de hydraulische berekening verkrijgen we een aantal belangrijke kenmerken van het hydraulische systeem, die antwoorden geven op de volgende vragen:

• wat moet het vermogen van de verwarmingsbron zijn;
• wat is het debiet en de snelheid van de koelvloeistof;
• wat is de vereiste diameter van de hoofdverwarmingsleiding;
• wat zijn de mogelijke warmteverliezen en de massa van het koelmiddel zelf.

Een ander belangrijk aspect van hydraulische berekeningen is de procedure voor het balanceren (koppelen) van alle delen (takken) van het systeem tijdens extreme thermische omstandigheden met behulp van regelapparatuur.

Er zijn verschillende hoofdtypen verwarmingsproducten: gietijzeren en aluminium multi-sectie, stalen panelen, bimetaalradiatoren en covectoren. Maar de meest voorkomende zijn aluminium radiatoren met meerdere secties

De ontwerpzone van de hoofdleiding is een gedeelte met een constante diameter van de hoofdleiding zelf, evenals een constante stroom warm water, die wordt bepaald door de formule voor de warmtebalans van kamers. De lijst met ontwerpzones begint bij de pomp of warmtebron.

Voorbeeld beginvoorwaarden

Voor een meer specifieke uitleg van alle details van de hydraulische berekening nemen we een specifiek voorbeeld van een gewone woonruimte. Wij beschikken over een klassiek 2-kamerappartement in een paneelwoning met een totale oppervlakte van 65,54 m2.²bestaande uit twee kamers, een keuken, apart toilet en badkamer, dubbele gang, dubbel balkon.

Na de ingebruikname ontvingen wij de volgende informatie over de gereedheid van het appartement.Het beschreven appartement omvat muren gemaakt van monolithische structuren van gewapend beton behandeld met stopverf en primer, profielramen met tweekamerglas, geperste binnendeuren, keramische tegels op de badkamervloer.

Een typisch paneelhuis van 9 verdiepingen met vier ingangen. Op elke verdieping bevinden zich 3 appartementen: één 2-kamer en twee 3-kamer. Het appartement is gelegen op de vijfde verdieping

Daarnaast is de gepresenteerde behuizing al voorzien van koperen bedrading, verdelers en een los paneel, een gasfornuis, een ligbad, een wastafel, een toilet, een verwarmd handdoekenrek en een wastafel.

En het allerbelangrijkste: de woonkamers, badkamer en keuken zijn al voorzien van aluminium verwarmingsradiatoren. De vraag over de leidingen en de ketel blijft open.

Hoe gegevens worden verzameld

De hydraulische berekening van het systeem is grotendeels gebaseerd op berekeningen die verband houden met de berekening van verwarming op basis van de oppervlakte van de kamer.

Daarom is het noodzakelijk om over de volgende informatie te beschikken:

• de oppervlakte van elke individuele kamer;
• afmetingen van raam- en deurverbindingen (binnendeuren hebben vrijwel geen invloed op warmteverlies);
• klimatologische omstandigheden, kenmerken van de regio.

We gaan uit van de volgende gegevens. Gemeenschappelijke ruimte - 18,83 m²², slaapkamer - 14,86 m²², keuken - 10,46 mtr², balkon - 7,83 m² (som), gang - 9,72 m² (bedrag), badkamer - 3,60m², toilet - 1,5m². Toegangsdeuren - 2,20 m², etalage van de gemeenschappelijke ruimte - 8,1 m², slaapkamerraam - 1,96 m², keukenraam - 1,96 m².

De hoogte van de muren van het appartement is 2 meter 70 cm, de buitenmuren zijn gemaakt van klasse B7 beton plus binnenpleister, 300 mm dik. Binnenmuren en scheidingswanden - dragend 120 mm, gewoon - 80 mm. De vloer en daarmee het plafond zijn gemaakt van betonnen vloerplaten van klasse B15, dikte 200 mm.

De indeling van dit appartement biedt de mogelijkheid om één enkele verwarmingstak te creëren die door de keuken, slaapkamer en woonkamer loopt, wat zorgt voor een gemiddelde temperatuur van 20-22⁰C in de kamers (+)

Hoe zit het met het milieu? Het appartement is gelegen in een huis midden in een microdistrict van een klein stadje. De stad ligt in een bepaald laagland, de hoogte boven zeeniveau is 130-150 m. Het klimaat is gematigd continentaal met koele winters en redelijk warme zomers.

De gemiddelde jaartemperatuur bedraagt ​​+7,6°C. De gemiddelde temperatuur in januari is -6,6°C, in juli +18,7°C. Wind - 3,5 m/s, gemiddelde luchtvochtigheid - 74%, neerslag 569 mm.

Bij het analyseren van de klimatologische omstandigheden in de regio moet worden opgemerkt dat we te maken hebben met een breed temperatuurbereik, wat op zijn beurt invloed heeft op de speciale vereiste voor het aanpassen van het verwarmingssysteem van het appartement.

Vermogen warmtegenerator

Een van de belangrijkste componenten van het verwarmingssysteem is de ketel: elektrisch, gas, gecombineerd - het maakt in dit stadium niet uit. Omdat het belangrijkste kenmerk voor ons belangrijk is: kracht, dat wil zeggen de hoeveelheid energie per tijdseenheid die aan verwarming wordt besteed.

Het vermogen van de ketel zelf wordt bepaald door de onderstaande formule:

Wketel = (Sroom*Wshare) / 10,

Waar:

• Plaats - de som van de oppervlakten van alle kamers die verwarming nodig hebben;
• Wdel — specifiek vermogen, rekening houdend met de klimatologische omstandigheden van de locatie (daarom was het noodzakelijk om het klimaat van de regio te kennen).

Normaal gesproken hebben we voor verschillende klimaatzones de volgende gegevens:

• noordelijke regio's — 1,5 — 2 kW/m²;
• centrale zone — 1 — 1,5 kW/m²;
• zuidelijke regio's — 0,6 — 1 kW/m².

Deze cijfers zijn vrij willekeurig, maar geven niettemin een duidelijk numeriek antwoord over de invloed van de omgeving op het verwarmingssysteem van het appartement.

Deze kaart toont klimaatzones met verschillende temperatuurregimes. De ligging van de woning ten opzichte van de zone bepaalt hoeveel energie er moet worden besteed aan het verwarmen van een vierkante meter kWatt energie (+)

De hoeveelheid te verwarmen appartementoppervlak is gelijk aan de totale oppervlakte van het appartement en is gelijk, dat wil zeggen 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (minus het balkon). Het specifieke ketelvermogen voor de centrale regio met koude winters bedraagt ​​1,4 kW/m2. In ons voorbeeld is het berekende vermogen van de verwarmingsketel dus gelijk aan 8,08 kW.

Dynamische parameters van de koelvloeistof

We gaan verder met de volgende fase van berekeningen: analyse van het koelvloeistofverbruik. In de meeste gevallen verschilt het verwarmingssysteem van een appartement van andere systemen - dit komt door het aantal verwarmingspanelen en de lengte van de pijpleiding. Druk wordt gebruikt als een extra "drijvende kracht" voor verticale stroming door het systeem.

In particuliere gebouwen met één en meerdere verdiepingen, oude paneelappartementen, worden hogedrukverwarmingssystemen gebruikt, die het mogelijk maken de warmteafgevende substantie naar alle delen van het vertakte verwarmingssysteem met meerdere ringen te transporteren en water naar boven te transporteren. de gehele hoogte (tot en met de 14e verdieping) van het gebouw.

Integendeel, een gewoon 2- of 3-kamerappartement met autonome verwarming heeft niet zo'n verscheidenheid aan ringen en takken van het systeem, het omvat niet meer dan drie circuits.

Dit betekent dat het koelmiddel wordt getransporteerd via het natuurlijke proces van waterstroming. Maar je kunt ook gebruiken circulatie pompenVerwarming wordt verzorgd door een gas/elektrische boiler.

Voor het verwarmen van ruimtes groter dan 100 m² adviseren wij het gebruik van een circulatiepomp². De pomp kan voor of na de ketel worden geïnstalleerd, maar wordt meestal aan de “retourzijde” geïnstalleerd - lagere vloeistoftemperatuur, minder luchtigheid, langere levensduur van de pomp

Specialisten op het gebied van ontwerp en installatie van verwarmingssystemen definiëren twee hoofdbenaderingen bij het berekenen van het koelvloeistofvolume:

1. Volgens de werkelijke capaciteit van het systeem. Zonder uitzondering worden alle volumes van de holtes waar de warmwaterstroom zal stromen, opgeteld: de som van individuele pijpsecties, secties van radiatoren, enz. Maar dit is een nogal arbeidsintensieve optie.
2. Volgens ketelvermogen. Hier lopen de meningen van experts sterk uiteen, sommigen zeggen 10, anderen 15 liter per eenheid ketelvermogen.

Vanuit pragmatisch oogpunt moet u er rekening mee houden dat het verwarmingssysteem waarschijnlijk niet alleen warm water voor de kamer levert, maar ook water voor bad/douche, wastafel, gootsteen en droger, en misschien ook voor een hydromassage of jacuzzi. Deze optie is eenvoudiger.

Daarom raden wij in dit geval aan om 13,5 liter per krachteenheid in te stellen. Door dit getal te vermenigvuldigen met het ketelvermogen (8,08 kW) verkrijgen we het geschatte volume watermassa - 109,08 liter.

De berekende koelmiddelsnelheid in het systeem is precies de parameter waarmee u een bepaalde leidingdiameter voor het verwarmingssysteem kunt selecteren.

Het wordt berekend met behulp van de volgende formule:

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

Waar:

• W — ketelvermogen;
• T — temperatuur van het geleverde water;
• naar — watertemperatuur in het retourcircuit;
• k — ketelrendement (0,95 voor een gasboiler).

Als we de berekende gegevens in de formule vervangen, krijgen we: (0,86 * 8080 * 0,95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/u.Zo beweegt er in één uur 330 liter koelvloeistof (water) door het systeem en is de systeemcapaciteit ongeveer 110 liter.

Bepaling van de leidingdiameter

Om uiteindelijk de diameter en dikte van de verwarmingsbuizen te bepalen, moet nog de kwestie van warmteverlies worden besproken.

De maximale hoeveelheid warmte verlaat de kamer via de muren - tot 40%, via ramen - 15%, vloer - 10%, al het andere via het plafond/dak. Het appartement wordt gekenmerkt door verliezen voornamelijk door ramen en balkonmodules

Er zijn verschillende soorten warmteverlies in verwarmde kamers:

1. Drukverlies in de leidingstroom. Deze parameter is recht evenredig met het product van het specifieke wrijvingsverlies in de buis (aangeleverd door de fabrikant) en de totale lengte van de buis. Maar gezien de huidige taak kunnen dergelijke verliezen worden genegeerd.
2. Drukverlies bij lokale leidingweerstanden — warmtekosten aan armaturen en binnenuitrusting. Maar gezien de omstandigheden van het probleem, een klein aantal pasbochten en het aantal radiatoren, kunnen dergelijke verliezen worden verwaarloosd.
3. Warmteverlies op basis van de locatie van het appartement. Er is nog een ander type thermische kosten, maar deze houdt meer verband met de locatie van de kamer ten opzichte van de rest van het gebouw. Voor een gewoon appartement, dat zich in het midden van de woning bevindt en links/rechts/boven/onder grenst aan andere appartementen, zijn de warmteverliezen via de zijwanden, het plafond en de vloer vrijwel gelijk aan “0”.

Je kunt alleen rekening houden met verliezen via het voorste deel van het appartement - het balkon en het centrale raam van de gemeenschappelijke ruimte. Maar dit probleem kan worden opgelost door 2-3 secties aan elk van de radiatoren toe te voegen.

De buisdiameter wordt gekozen op basis van het debiet van het koelmiddel en de snelheid van de circulatie ervan in de verwarmingsleiding

Bij het analyseren van de bovenstaande informatie is het vermeldenswaard dat voor de berekende snelheid van warm water in het verwarmingssysteem bekend is dat de tafelbewegingssnelheid van waterdeeltjes ten opzichte van de buiswand in een horizontale positie 0,3-0,7 m/s bedraagt.

Om de meester te helpen presenteren we de zogenaamde checklist voor het uitvoeren van berekeningen voor een typische hydraulische berekening van een verwarmingssysteem:

• gegevensverzameling en berekening van ketelvermogen;
• koelvloeistofvolume en snelheid;
• warmteverlies en buisdiameter.

Soms kunt u bij het maken van berekeningen een pijpdiameter krijgen die groot genoeg is om het berekende volume koelvloeistof te dekken. Dit probleem kan worden opgelost door de cilinderinhoud te vergroten of door een extra expansievat toe te voegen.

Op onze website staat een blok met artikelen gewijd aan de berekening van het verwarmingssysteem, wij raden u aan om te lezen:

1. Thermische berekening van een verwarmingssysteem: hoe de belasting van het systeem correct te berekenen
2. Berekening van waterverwarming: formules, regels, implementatievoorbeelden
3. Thermische berekening van een gebouw: details en formules voor het uitvoeren van berekeningen + praktijkvoorbeelden

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Kenmerken, voor- en nadelen van natuurlijke en geforceerde koelmiddelcirculatiesystemen voor verwarmingssystemen:

Als we de hydraulische berekeningen samenvatten, was het resultaat specifieke fysieke kenmerken van het toekomstige verwarmingssysteem.

Uiteraard is dit een vereenvoudigd berekeningsschema dat geschatte gegevens oplevert met betrekking tot hydraulische berekeningen voor het verwarmingssysteem van een typisch tweekamerappartement.

Probeert u zelf een hydraulische berekening van uw verwarmingssysteem uit te voeren? Of bent u het misschien niet eens met het gepresenteerde materiaal? We wachten op uw opmerkingen en vragen - het feedbackblok bevindt zich hieronder.