Šildymo sistemos hidraulinis skaičiavimas konkrečiu pavyzdžiu

Šildymas, pagrįstas karšto vandens cirkuliacija – dažniausiai pasitaikantis privataus namo įrengimo variantas. Norint tinkamai sukurti sistemą, būtina turėti išankstinius analizės rezultatus, vadinamąjį hidraulinį šildymo sistemos skaičiavimą, kuris susieja slėgio parametrus visuose tinklo ruožuose su vamzdžių skersmenimis.

Pateiktame straipsnyje išsamiai aprašyta skaičiavimo metodika. Norėdami geriau suprasti veiksmų algoritmą, mes išnagrinėjome skaičiavimo tvarką konkrečiu pavyzdžiu.

Laikantis aprašytos sekos, pavyks nustatyti optimalų magistralės skersmenį, šildymo prietaisų skaičių, katilo galią ir kitus sistemos parametrus, būtinus efektyviam individualiam šilumos tiekimui įrengti.

Hidraulinio skaičiavimo sąvoka

Lemiamu veiksniu technologinėje šildymo sistemų raidoje tapo įprastas taupymas energijos išteklių. Noras sutaupyti verčia atidžiau žiūrėti į projektavimą, medžiagų pasirinkimą, montavimo ir eksploatavimo būdus būsto šildymui.

Todėl, jei Jūs nusprendėte sukurti unikalią ir pirmiausia ekonomišką šildymo sistemą savo butui ar namui, tuomet rekomenduojame susipažinti su skaičiavimo ir projektavimo taisyklėmis.

Prieš apibrėžiant hidraulinį sistemos skaičiavimą, būtina aiškiai suprasti, kad individuali buto ir namo šildymo sistema sąlyginai yra viena eile aukščiau, palyginti su didelio pastato centrine šildymo sistema.

Asmeninė šildymo sistema grindžiama iš esmės kitokiu požiūriu į šilumos ir energijos išteklių sąvokas.

Hidraulinio skaičiavimo esmė yra ta, kad aušinimo skysčio srautas nėra nustatomas iš anksto su reikšmingu apytiksliu artėjimu prie realių parametrų, bet nustatomas suderinant vamzdžių skersmenis su slėgio parametrais visuose sistemos kontūruose.

Pakanka atlikti trivialų šių sistemų palyginimą pagal šiuos parametrus.

1. Centrinė šildymo sistema (katilinė-namas-butas) remiasi standartiniais energijos nešiklių tipais – anglis, dujos. Autonominėje sistemoje galima naudoti praktiškai bet kokią medžiagą, turinčią didelę savitąją degimo šilumą, arba kelių skystų, kietų, granuliuotų medžiagų derinį.
2. Centrinė šildymo sistema (CŠS) sukurta naudojant įprastus elementus: metaliniai vamzdžiai, “šiurkštūs” radiatoriai, uždarymo vožtuvai. Individuali šildymo sistema leidžia derinti įvairiausius elementus: daugiasekciniai radiatoriai su geru šilumos atidavimu, aukštųjų technologijų termostatai, skirtingi vamzdžių tipai (PVC ir variniai), čiaupai, kamščiai, jungiamosios detalės ir, žinoma, nuosavi ekonomiškesni katilai, cirkuliaciniai siurbliai.
3. Jei įeisite į tipinio skydinio namo butą, pastatytą prieš 20-40 metų, matome, kad šildymo sistema susideda iš 7 sekcijų radiatoriaus po kiekvieno kambario langu ir vertikalaus vamzdžio per visą namą (stovo), su kuriuo galima „bendrauti“ su kaimynais viršuje/apačioje. O štai autonominė šildymo sistema (AŠS) leidžia sukurti bet kokio sudėtingumo sistemą, atsižvelgiant į individualius buto gyventojų pageidavimus.
4. Skirtingai nuo CŠS, atskira šildymo sistema atsižvelgia į gana įspūdingą parametrų sąrašą, kurie turi įtakos šilumos perdavimui, energijos sąnaudoms ir šilumos nuostoliams. Aplinkos temperatūros režimas, reikalingas temperatūros diapazonas patalpose, patalpos plotas ir tūris, langų ir durų skaičius, patalpų paskirtis ir t.t.

Taigi, hidraulinis šildymo sistemos skaičiavimas (HŠSS) – tai sąlyginis apskaičiuojamų šildymo sistemos charakteristikų rinkinys, kuris pateikia išsamią informaciją apie tokius parametrus kaip vamzdžių skersmuo, radiatoriai ir vožtuvai.

Šis radiatorių tipas buvo montuojamas daugumoje skydinių namų posovietinėje erdvėje. Medžiagų taupymas ir konstrukcinės idėjos trūkumas “akivaizdūs”.

HŠSS leidžia teisingai pasirinkti vandens-žiedinį siurblį (šildymo katilo) karšto vandens transportavimui į galinius šildymo sistemos elementus (radiatorius) ir galiausiai turėti maksimaliai subalansuotą sistemą, kas tiesiogiai veikia finansines investicijas į būsto šildymą.

Dar vienas šildymo radiatoriaus tipas centrinei šildymo sistemai (CŠS). Tai universalesnis gaminys, galintis turėti bet kokį briaunų skaičių. Taip galima padidinti arba sumažinti šilumos mainų plotą.

Skaičiavimo žingsnių seka

Kalbėdami apie šildymo sistemos skaičiavimą, pažymime, kad ši procedūra yra pati neaiškiausia ir svarbiausia projektavimo srityje.

Prieš atliekant skaičiavimą reikia atlikti preliminarią būsimos sistemos analizę, pavyzdžiui:

• nustatyti šilumos balansą visuose ir konkrečiai kiekviename buto kambaryje;
• parinkti termoreguliatorius, vožtuvus ir slėgio reguliatorius;
• nustatyti sistemos dalis, kuriose yra didžiausias ir mažiausias šilumnešio srautas.

Be to, reikia nustatyti bendrą šilumnešio transportavimo schemą: pilną ir mažą kontūrą, vienvamzdė sistema arba dvivamzdė magistralė.

Atlikus hidraulinį skaičiavimą, gauname keletą svarbių hidraulinės sistemos charakteristikų, kurios atsako į šiuos klausimus:

• koks turi būti šildymo šaltinio galingumas;
• koks šilumnešio srautas ir greitis;
• kokio reikia pagrindinės šilumos vamzdyno magistralės skersmens;
• kokie galimi šilumos ir paties šilumnešio masės nuostoliai.

Dar vienas svarbus hidraulinio skaičiavimo aspektas yra visų sistemos dalių (šakų) balanso (suderinimo) procedūra ekstremalių šiluminių režimų metu naudojant reguliavimo prietaisus.

Išskiriami keli pagrindiniai šildymo gaminių tipai: ketiniai ir aliumininiai daugiasekciniai, plieniniai paneliniai, bimetaliniai radiatoriai ir konvektoriai. Tačiau labiausiai paplitę yra aliumininiai daugiasekciniai radiatoriai.

Skaičiavimo zona vamzdyno magistralėje yra atkarpa, kurioje yra pastovus pačios magistralės skersmuo, taip pat nekintantis karšto vandens srautas, kuris nustatytas pagal patalpų šilumos balanso formulę. Skaičiavimo zonų išvardijimas pradedamas nuo siurblio ar šilumos šaltinio.

Pavyzdžio pradinės sąlygos

Dėl konkretesnio visų hidraulinio skaičiavimo detalių paaiškinimo paimkime konkretų pavyzdį iš įprasto gyvenamojo būsto. Turime klasikinį 2 kambarių butą skydiniame name, kurio bendras plotas 65,54 m², jį sudaro du kambariai, virtuvė, atskiri tualetas ir vonia, dvigubas koridorius, suporintas balkonas.

Po perdavimo naudoti gavome tokią informaciją apie buto parengtį. Aprašomas butas apima glaistu ir gruntu apdorotas sienas iš monolitinių gelžbetoninių konstrukcijų, langus iš profilio su dvikameriniais stiklais, medžio drožlių presuotas vidaus duris, keramines plyteles ant vonios kambario grindų.

Tipiškas skydinis 9 aukštų namas su keturiais įėjimais. Kiekviename aukšte po 3 butus: vienas 2 kambarių ir du 3 kambarių. Butas yra penktame aukšte.

Be to, pateiktas būstas jau yra įrengtas variniais laidais, skirstytuvais ir atskiru skydeliu, dujine virykle, vonia, praustuvu, unitazu, rankšluosčių džiovintuvu, kriaukle.

Ir svarbiausia, gyvenamuosiuose kambariuose, vonioje ir virtuvėje jau yra aliumininiai šildymo radiatoriai. Klausimas dėl vamzdžių ir katilo lieka atviras.

Kaip atliekamas duomenų rinkimas

Hidraulinis sistemos skaičiavimas dažniausiai grindžiamas skaičiavimais, susijusiais su šildymo apskaičiavimu pagal patalpos plotą.

Todėl būtina turėti šią informaciją:

• kiekvienos atskiros patalpos plotas;
• langų ir durų angų matmenys (vidaus durys šilumos nuostoliams praktiškai neturi įtakos);
• klimato sąlygos, regiono ypatumai.

Remsimės šiais duomenimis. Bendro kambario plotas – 18,83 m², miegamasis – 14,86 m², virtuvė – 10,46 m², balkonas – 7,83 m² (suma), koridorius – 9,72 m² (suma), vonia – 3,60 m², tualetas – 1,5 m². Įėjimo durys – 2,20 m², bendro kambario lango vitrina – 8,1 m², miegamojo langas – 1,96 m², virtuvės langas – 1,96 m².

Buto sienų aukštis – 2 metrai 70 cm. Išorinės sienos pagamintos iš B7 klasės betono su vidiniu tinku, storis 300 mm. Vidinės sienos ir pertvaros – laikančiosios 120 mm, paprastos – 80 mm. Grindys ir atitinkamai lubos iš B15 klasės perdangos betoninių plokščių, storis 200 mm.

Šio buto išplanavimas suteikia galimybę sukurti vieną vienintelę šildymo atšaką, einančią per virtuvę, miegamąjį ir bendrą kambarį, kas užtikrins vidutinę 20-22⁰C temperatūrą patalpose (+)

O kaip aplinka? Butas yra name, kuris yra mažo miesto mikrorajono viduryje. Miestas yra tam tikroje žemumoje, aukštis virš jūros lygio 130-150 m. Klimatas vidutiniškai kontinentinis, su vėsiomis žiemomis ir gana šiltomis vasaromis.

Vidutinė metinė temperatūra +7,6°C. Vidutinė sausio temperatūra -6,6°C, liepos +18,7°C. Vėjas – 3,5 m/s, vidutinė oro drėgmė – 74 %, kritulių kiekis 569 mm.

Analizuojant regiono klimato sąlygas, reikia pažymėti, kad susiduriame su dideliu temperatūrų išsiskyrimu, o tai savo ruožtu turi įtakos specialiems buto šildymo sistemos reguliavimo reikalavimams.

Šilumos generatoriaus galia

Vienas iš pagrindinių šildymo sistemos mazgų yra katilas: elektrinis, dujinis, kombinuotas – šiame etape tai neturi reikšmės. Kadangi mums svarbi pagrindinė jo charakteristika – galia, tai yra energijos kiekis per laiko vienetą, kuris bus naudojamas šildymui.

Pati katilo galia nustatoma pagal toliau pateiktą formulę:

Wkatilas = (Splotas*Wsavitinis) / 10,

kur:

• Splotas – visų patalpų, kurias reikia šildyti, plotų suma;
• Wsavitinis – savitoji galia, atsižvelgiant į vietovės klimato sąlygas (todėl reikėjo žinoti regiono klimatą).

Būdinga tai, kad skirtingoms klimato zonoms turime šiuos duomenis:

• šiauriniai regionai – 1,5 – 2 kW/m²;
• centrinė zona – 1 – 1,5 kW/m²;
• pietiniai regionai – 0,6 – 1 kW/m².

Šie skaičiai yra gana sąlyginiai, tačiau vis tiek pateikia aiškų skaitinį atsakymą apie aplinkos poveikį buto šildymo sistemai.

Šiame žemėlapyje pavaizduotos klimato zonos su skirtingais temperatūros režimais. Nuo būsto padėties zonos atžvilgiu priklauso, kiek reikia išleisti šildant kvadratinį metrą kilovatvalandžių energijos (+)

Šildomo buto ploto suma – lygi bendram buto plotui ir yra, tai yra – 65,54-1,80-6,03=57,71 m2 (atėmus balkoną). Centrinio regiono su šalta žiema katilo savitoji galia – 1,4 kW/m2. Taigi mūsų pavyzdyje apskaičiuota šildymo katilo galia yra 8,08 kW.

Dinaminiai šilumnešio parametrai

Pereiname prie kito skaičiavimo etapo – šilumnešio suvartojimo analizė. Daugeliu atvejų buto šildymo sistema skiriasi nuo kitų sistemų – tai susiję su šildymo plokščių skaičiumi ir vamzdyno ilgiu. Slėgis naudojamas kaip papildoma “varomoji jėga” srautui vertikaliai sistema.

Privačiuose vieno ir kelių aukštų namuose, senuose skydiniuose daugiabučiuose namuose naudojamos aukšto slėgio šildymo sistemos, kurios leidžia transportuoti šilumą atiduodančią medžiagą į visas išsišakojusios, daugiažiedės šildymo sistemos atkarpas ir pakelti vandenį iki viso pastato aukščio (iki 14 aukšto).

Priešingai, įprastas 2 ar 3 kambarių butas su autonominiu šildymu neturi tokios žiedų ir sistemos atšakų įvairovės, jį sudaro ne daugiau kaip trys kontūrai.

Vadinasi, ir šilumnešio transportavimas vyksta natūraliu vandens tekėjimo procesu. Tačiau taip pat galima naudoti cirkuliacinius siurblius, šildymą užtikrina dujinis/elektrinis katilas.

Rekomenduojame naudoti cirkuliacinį siurblį patalpų, didesnių nei 100 m², šildymui. Siurblį galima montuoti tiek prieš, tiek po katilo, tačiau paprastai jis statomas ant “grįžtamosios” linijos – mažesnė šilumnešio temperatūra, mažesnis aeravimas, ilgesnis siurblio eksploatacijos laikas.

Šildymo sistemų projektavimo ir montavimo srities specialistai nustato du pagrindinius požiūrius apskaičiuojant šilumnešio tūrį:

1. Pagal faktinę sistemos talpą. Sumuojami visi be išimties ertmių, kuriose tekės karšto vandens srautas, tūriai: atskirų vamzdžių ruožų, radiatorių sekcijų ir t.t. suma. Tačiau tai gana daug darbo reikalaujantis variantas.
2. Pagal katilo galią. Čia specialistų nuomonės smarkiai išsiskyrė: vieni sako 10, kiti 15 litrų katilo galios vienetui.

Pragmatiniu požiūriu reikia atsižvelgti į tai, kad šildymo sistema greičiausiai ne tik tieks karštą vandenį kambariui, bet ir šildys vandenį voniai/dušui, praustuvei, kriauklei ir džiovyklei, o gal ir hidromasažui ar džakuzi. Šis variantas paprastesnis.

Todėl šiuo atveju rekomenduojame nustatyti 13,5 litro galios vienetui. Padauginę šį skaičių iš katilo galios (8,08 kW) gauname apskaičiuotą vandens masės tūrį – 109,08 l.

Apskaičiuotas šilumnešio greitis sistemoje yra būtent tas parametras, kuris leidžia parinkti konkretų vamzdžio skersmenį šildymo sistemai.

Jis apskaičiuojamas pagal šią formulę:

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

kur:

• W – katilo galia;
• t – tiekiamo vandens temperatūra;
• to – vandens temperatūra grįžtamajame kontūre;
• k – katilo naudingumo koeficientas (0,95 dujiniam katilui).

Į formulę įrašę apskaičiuotus duomenis gauname: (0.86 * 8080* 0.95)/80-60 = 6601,36/20=330 kg/val. Taigi per vieną valandą sistemoje juda 330 l šilumnešio (vandens), o sistemos talpa yra apie 110 l.

Vamzdžių skersmens nustatymas

Galutiniam šildymo vamzdžių skersmens ir storio nustatymui liko aptarti šilumos nuostolių klausimą.

Didžiausias šilumos kiekis išeina iš patalpos per sienas – iki 40%, per langus – 15%, per grindis – 10%, visa kita per lubas/stogą. Butui būdingi nuostoliai daugiausia per langus ir balkono modulius.

Yra keli šilumos nuostolių tipai šildomose patalpose:

1. Slėgio nuostoliai sraute vamzdyje. Šis parametras yra tiesiogiai proporcingas specifinio nuostolio dėl trinties vamzdžio viduje (pateikia gamintojas) ir bendro vamzdžio ilgio sandaugai. Tačiau, atsižvelgiant į esamą užduotį, tokių nuostolių galima neįskaityti.
2. Slėgio nuostoliai vietiniuose vamzdynų pasipriešinimuose – šilumos nuostoliai jungiamosiose detalėse ir įrangos viduje. Tačiau, atsižvelgiant į užduoties sąlygas, nedidelį jungiamųjų detalių vingių skaičių ir radiatorių kiekį, tokiais nuostoliais galima nepaisyti.
3. Šilumos nuostoliai pagal buto vietą. Yra dar vienas šilumos sąnaudų tipas, bet jie labiau susiję su patalpos padėtimi pastato atžvilgiu. Įprastam butui, esančiam namo viduryje ir besiribojančiam kairėje/dešinėje/viršuje/apačioje su kitais butais, šilumos nuostoliai per šonines sienas, lubas ir grindis praktiškai lygūs “0”.

Į skaičiavimą galima įtraukti tik nuostolius per buto fasadą – balkoną ir centrinį svetainės langą. Tačiau ši problema išsprendžiama pridedant 2-3 sekcijas prie kiekvieno radiatoriaus.

Vamzdžių skersmens reikšmė parenkama pagal šilumnešio debitą ir jo cirkuliacijos greitį šildymo magistralėje

Analizuojant aukščiau pateiktą informaciją, verta pažymėti, kad apskaičiuotam karšto vandens greičiui šildymo sistemoje yra žinomas lentelinis vandens dalelių judėjimo greitis vamzdžio sienelės atžvilgiu horizontalioje padėtyje 0,3-0,7 m/s.

Padėti meistrui pateikiame vadinamąjį skaičiavimų atlikimo kontrolinį sąrašą, skirtą tipiniam hidrauliniam šildymo sistemos skaičiavimui:

• duomenų rinkimas ir katilo galios apskaičiavimas;
• šilumnešio tūris ir greitis;
• šilumos nuostoliai ir vamzdžių skersmuo.

Kartais skaičiuojant galima gauti gana didelį vamzdžio skersmenį, kad jis padengtų apskaičiuotą šilumnešio tūrį. Šią problemą galima išspręsti padidinus katilo litražą arba pridėjus papildomą išsiplėtimo baką.

Mūsų svetainėje yra straipsnių blokas, skirtų šildymo sistemos skaičiavimui, rekomenduojame susipažinti:

1. Šildymo sistemos šiluminis skaičiavimas: kaip tinkamai apskaičiuoti sistemos apkrovą
2. Vandens šildymo skaičiavimas: formulės, taisyklės, atlikimo pavyzdžiai
3. Pastato šilumotechninis skaičiavimas: specifika ir skaičiavimo formulės + praktiniai pavyzdžiai

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Natūralios ir priverstinės šilumnešio cirkuliacijos sistemų ypatybės, privalumai ir trūkumai šildymo sistemoms:

Apibendrinus hidraulinio skaičiavimo rezultatus, gavome konkrečias fizines būsimos šildymo sistemos charakteristikas.

Natūralu, kad tai supaprastinta skaičiavimo schema, kuri pateikia apytikslius duomenis apie tipinio dviejų kambarių buto šildymo sistemos hidraulinį skaičiavimą.

Bandote patys atlikti šildymo sistemos hidraulinį skaičiavimą? O gal nesutinkate su pateikta medžiaga? Laukiame jūsų komentarų ir klausimų – atsiliepimų blokas yra žemiau.