Hidravlični izračun ogrevalnega sistema na konkretnem primeru

Ogrevanje na osnovi kroženja tople vode – najpogostejša možnost ureditve zasebne hiše. Za pravilno razvijanje sistema je treba imeti predhodne rezultate analize, tako imenovani hidravlični izračun ogrevalnega sistema, ki povezuje tlak na vseh delih omrežja s premeri cevi.

V predstavljenem članku je podrobno opisana metodika izračunov. Da bi bolje razumeli algoritem dejanj, smo preučili vrstni red izračuna na konkretnem primeru.

Če se držite opisane zaporednosti, bo mogoče določiti optimalen premer glavnega voda, število ogrevalnih naprav, moč kotla in druge parametre sistema, potrebne za ureditev učinkovitega individualnega toplotnega oskrbovanja.

Pojem hidravličnega izračuna

Odločilni dejavnik tehnološkega razvoja ogrevalnih sistemov je postalo običajno varčevanje z energentom. Prizadevanje za prihranek sili k bolj skrbnemu pristopu k načrtovanju, izbiri materialov, načinov montaže in uporabe ogrevanja za bivališče.

Zato, če ste se odločili ustvariti edinstven in predvsem varčen ogrevalni sistem za svoje stanovanje ali hišo, potem priporočamo, da se seznanite s pravili izračuna in načrtovanja.

Preden podamo definicijo hidravličnega izračuna sistema, je treba jasno in natančno razumeti, da je individualni ogrevalni sistem stanovanja in hiše pogojno za stopnjo višje v primerjavi s centralnim ogrevalnim sistemom velike stavbe.

Personalni ogrevalni sistem temelji na bistveno drugačnem pristopu k pojmovanju toplote in energetskega vira.

Bistvo hidravličnega izračuna je v tem, da pretok toplotnega nosilca ni vnaprej določen s pomembnim približevanjem realnim parametrom, ampak se določi s povezovanjem premerov cevovoda s tlačnimi parametri v vseh krogih sistema.

Dovolj je opraviti trivialno primerjavo teh sistemov po naslednjih parametrih.

1. Centralni ogrevalni sistem (kotlovnica-hiša-stanovanje) temelji na standardnih vrstah energetskega vira – premog, plin. V avtonomnem sistemu lahko uporabimo praktično katerokoli snov, ki ima visoko specifično zgorevalno toploto, ali pa kombinacijo več tekočih, trdnih, granuliranih materialov.
2. COS je zgrajen iz običajnih elementov: kovinske cevi, “grobi” radiatorji, zaporni ventili. Individualni ogrevalni sistem pa omogoča kombiniranje najrazličnejših elementov: večsekcijski radiatorji z dobro toplotno oddajo, visokotehnološki termostati, različne vrste cevi (PVC in bakrene), pipe, zamaški, fitingi in seveda lastni bolj ekonomični kotli, obtočne črpalke.
3. Če vstopimo v stanovanje tipične panelne hiše, zgrajene pred 20-40 leti, vidimo, da ogrevalni sistem obsega prisotnost 7-sekcijskega radiatorja pod oknom v vsaki sobi stanovanja plus vertikalno cev skozi celotno hišo (dvižni vod), s pomočjo katere se lahko “pogovarjamo” s sosedi zgoraj/spodaj. Povsem drugače je z avtonomnim ogrevalnim sistemom (AOS) – omogoča gradnjo sistema poljubne kompleksnosti ob upoštevanju individualnih želja stanovalcev stanovanja.
4. V nasprotju s COS, ločeni ogrevalni sistem upošteva dokaj impresiven seznam parametrov, ki vplivajo na prenos, porabo energije in izgube toplote. Temperaturni režim okolice, zahtevano temperaturno območje v prostorih, površina in prostornina prostora, število oken in vrat, namen prostorov itd.

Tako je hidravlični izračun ogrevalnega sistema (HIOS) – to je pogojni niz izračunanih karakteristik ogrevalnega sistema, ki zagotavlja izčrpne informacije o parametrih, kot so premer cevi, število radiatorjev in ventilov.

Ta tip radiatorjev je bil nameščen v večini panelnih hiš na postsovjetskem območju. Prihranek pri materialih in pomanjkanje konstrukcijske zamisli sta “očitna”.

HIOS omogoča pravilno izbiro vodne obtočne črpalke (ogrevalnega kotla) za transport vroče vode do končnih elementov ogrevalnega sistema (radiatorjev) in na koncu doseči maksimalno uravnotežen sistem, kar neposredno vpliva na finančne vložke v ogrevanje stanovanja.

Še en tip ogrevalnega radiatorja za COS. To je bolj vsestranski izdelek, ki ima lahko poljubno število reber. Tako lahko povečate ali zmanjšate površino za izmenjavo toplote.

Zaporedje korakov izračuna

Ko govorimo o izračunu ogrevalnega sistema, ugotavljamo, da je ta postopek najbolj dvoumen in pomemben pri načrtovanju.

Pred izvedbo izračuna je treba opraviti predhodno analizo prihodnjega sistema, na primer:

• vzpostaviti toplotno bilanco v vseh in posebej v vsaki sobi stanovanja;
• izbrati termostatske ventile, ventile in regulatorje tlaka;
• določiti odseke sistema z največjim in najmanjšim pretokom toplotnega nosilca.

Poleg tega je treba določiti celotno shemo transporta toplotnega nosilca: polni in mali krog, enocevni sistem ali dvocevni vod.

Kot rezultat hidravličnega izračuna dobimo več pomembnih značilnosti hidravličnega sistema, ki dajejo odgovore na naslednja vprašanja:

• kakšna mora biti moč ogrevalnega vira;
• kakšna sta pretok in hitrost toplotnega nosilca;
• kakšen premer potrebuje glavni vod toplotnega cevovoda;
• kakšne so možne izgube toplote in same mase toplotnega nosilca.

Še en pomemben vidik hidravličnega izračuna je postopek uravnoteženja (usklajevanja) vseh delov (vej) sistema med ekstremnimi toplotnimi režimi z uporabo regulacijskih naprav.

Ločimo več osnovnih vrst ogrevalnih izdelkov: litoželezni in aluminijasti večsekcijski, jekleni panelni, bimetalni radiatorji in konvektorji. Najbolj razširjeni pa so aluminijasti večsekcijski radiatorji.

Računska cona cevovodnega voda je odsek s stalnim premerom samega voda ter nespremenljivim pretokom tople vode, ki je določen s formulo toplotne bilance sob. Naštevanje računskih con se začne pri črpalki ali viru toplote.

Začetni pogoji primera

Za podrobnejšo razlago vseh podrobnosti hidravličnega izračuna vzemimo konkreten primer običajnega stanovanjskega prostora. Na voljo imamo klasično dvosobno stanovanje v panelni hiši, skupne površine 65,54 m², ki vključuje dve sobi, kuhinjo, ločeno stranišče in kopalnico, dvojni hodnik in dvojni balkon.

Po predaji v uporabo smo prejeli naslednje informacije glede pripravljenosti stanovanja. Opisano stanovanje vključuje stene iz monolitnih armiranobetonskih konstrukcij, obdelane s kiti in grundirjem, okna iz profila z dvoslojno zasteklitvijo, stisnjena iverno-prešana notranja vrata, keramične ploščice na tleh kopalnice.

Tipična panelna 9-nadstropna stavba s štirimi vhodi. Na vsakem nadstropju so 3 stanovanja: eno dvosobno in dve trisobni. Stanovanje se nahaja v petem nadstropju.

Poleg tega je predstavljeno stanovanje že opremljeno z bakreno napeljavo, razdelilniki in ločeno omarico, plinskim štedilnikom, kadjo, umivalnikom, straniščno školjko, sušilnikom za brisače, pomivalnim koritom.

In kar je najpomembneje, v bivalnih prostorih, kopalnici in kuhinji so že nameščeni aluminijasti ogrevalni radiatorji. Vprašanje glede cevi in kotla ostaja odprto.

Kako poteka zbiranje podatkov

Hidravlični izračun sistema se v večini primerov opira na izračune, povezane z izračunom ogrevanja po površini prostora.

Zato je potrebno imeti naslednje informacije:

• površina vsakega posameznega prostora;
• dimenzije okenskih in vratnih odprtin (notranja vrata na toplotne izgube praktično ne vplivajo);
• klimatske razmere, značilnosti regije.

Izhajali bomo iz naslednjih podatkov. Površina dnevne sobe – 18,83 m², spalnica – 14,86 m², kuhinja – 10,46 m², balkon – 7,83 m² (skupaj), hodnik – 9,72 m² (skupaj), kopalnica – 3,60 m², stranišče – 1,5 m². Vhodna vrata – 2,20 m², okenska vitrina dnevne sobe – 8,1 m², okno spalnice – 1,96 m², okno kuhinje – 1,96 m².

Višina sten stanovanja – 2 metra 70 cm. Zunanje stene so iz betona razreda B7 plus notranji omet, debeline 300 mm. Notranje stene in predelne stene – nosilne 120 mm, običajne – 80 mm. Tla in strop so iz betonskih plošč razreda B15, debeline 200 mm.

Razporeditev tega stanovanja omogoča ustvariti en sam ogrevalni krak, ki poteka skozi kuhinjo, spalnico in dnevno sobo, kar bo zagotovilo povprečno temperaturo 20–22 °C v prostorih (+)

Kaj pa okolje? Stanovanje se nahaja v hiši, ki je v središču mikrorajona majhnega mesta. Mesto leži v neki nižini, nadmorska višina je 130–150 m. Podnebje je zmerno celinsko s hladno zimo in dokaj toplim poletjem.

Povprečna letna temperatura je +7,6°C. Povprečna januarska temperatura je –6,6°C, julijska +18,7°C. Veter – 3,5 m/s, povprečna zračna vlaga – 74 %, količina padavin 569 mm.

Pri analizi podnebnih razmer v regiji je treba poudariti, da imamo opravka z velikim temperaturnim razponom, kar vpliva na posebne zahteve pri regulaciji ogrevalnega sistema stanovanja.

Moč generatorja toplote

Eno od glavnih komponent ogrevalnega sistema je kotel: električni, plinski, kombinirani – v tem trenutku ni pomembno. Pomembna je njegova glavna značilnost – moč, to je količina energije na enoto časa, ki bo porabljena za ogrevanje.

Moč samega kotla se določi po spodaj navedeni formuli:

Wkotla = (Sprostor * Wspec) / 10,

kjer:

• Sprostor – vsota površin vseh prostorov, ki potrebujejo ogrevanje;
• Wspec – specifična moč ob upoštevanju podnebnih razmer lokacije (zato je bilo treba poznati podnebje v regiji).

Značilno je, da imamo za različna podnebna območja naslednje podatke:

• severne regije – 1,5 – 2 kW/m²;
• osrednje območje – 1 – 1,5 kW/m²;
• južne regije – 0,6 – 1 kW/m².

Te številke so precej pogojne, vendar kljub temu dajejo jasen numeričen odgovor glede vpliva okolja na ogrevalni sistem stanovanja.

Na tem zemljevidu so prikazana podnebna območja z različnimi temperaturnimi režimi. Od lege stanovanja glede na območje je odvisno, koliko energije (kW) je treba porabiti za ogrevanje kvadratnega metra (+).

Vsota površine stanovanja, ki jo je treba ogrevati, – je enaka skupni površini stanovanja, in sicer – 65,54-1,80-6,03=57,71 m2 (minus balkon). Specifična moč kotla za osrednjo regijo s hladno zimo – 1,4 kW/m2. Tako je v našem primeru izračunana moč ogrevalnega kotla enaka 8,08 kW.

Dinamični parametri toplotnega nosilca

Prehajamo na naslednjo stopnjo izračunov – analizo porabe toplotnega nosilca. V večini primerov se ogrevalni sistem stanovanja razlikuje od drugih sistemov – to je povezano s številom ogrevalnih plošč in dolžino cevovoda. Tlak se uporablja kot dodatna “gibalna sila” pretoka navpično skozi sistem.

V zasebnih eno- in večnadstropnih hišah, starih panelnih večstanovanjskih stavbah se uporabljajo visokotlačni ogrevalni sistemi, ki omogočajo transport toplotnega medija na vse dele razvejanega, večkrožnega ogrevalnega sistema in dvig vode na celotno višino (do 14. nadstropja) stavbe.

Nasprotno pa običajno 2- ali 3-sobno stanovanje z avtonomnim ogrevanjem nima takšne pestrosti obročev in vej sistema, vključuje največ tri kroge.

To pomeni, da transport toplotnega medija poteka s pomočjo naravnega procesa pretakanja vode. Prav tako pa je mogoče uporabiti obtočne črpalke, ogrevanje pa zagotavlja plinski/električni kotel.

Priporočamo uporabo obtočne črpalke za ogrevanje prostorov, večjih od 100 m². Črpalko je mogoče namestiti pred ali za kotlom, vendar jo običajno postavijo na “povratek” – nižja temperatura medija, manj zračenja, daljša življenjska doba črpalke.

Strokovnjaki na področju načrtovanja in montaže ogrevalnih sistemov določajo dva glavna pristopa pri izračunu prostornine toplotnega medija:

1. Glede na dejansko kapaciteto sistema. Seštejejo se vsi brez izjeme volumni votlin, kjer bo tekla vroča voda: vsota posameznih odsekov cevi, sekcij radiatorjev itd. Vendar je to precej zamuden način.
2. Glede na moč kotla. Tu so mnenja strokovnjakov močno razdeljena, eni pravijo 10, drugi 15 litrov na enoto moči kotla.

S pragmatičnega vidika je treba upoštevati dejstvo, da ogrevalni sistem verjetno ne bo samo dovajal tople vode za prostor, ampak tudi grel vodo za kopalnico/tuš, umivalnik, korito in sušilnik, morda pa tudi za hidromasažo ali jacuzzi. Ta možnost je preprostejša.

Zato v tem primeru priporočamo namestitev 13,5 litrov na enoto moči. Če to število pomnožimo z močjo kotla (8,08 kW), dobimo izračunano prostornino vodne mase – 109,08 l.

Izračunana hitrost toplotnega medija v sistemu je prav tisti parameter, ki omogoča izbiro določenega premera cevi za ogrevalni sistem.

Izračuna se po naslednji formuli:

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

kjer:

• W – moč kotla;
• t – temperatura dovedene vode;
• to – temperatura vode v povratnem krogu;
• k – izkoristek kotla (0,95 za plinski kotel).

Če v formulo vstavimo izračunane podatke, dobimo: (0.86 * 8080 * 0.95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h. Tako se v eni uri v sistemu premakne 330 l toplotnega medija (vode), kapaciteta sistema pa je približno 110 l.

Določitev premera cevi

Za končno določitev premera in debeline ogrevalnih cevi je treba še obravnavati vprašanje toplotnih izgub.

Največ toplote zapusti prostor skozi stene – do 40%, skozi okna – 15%, tla – 10%, vse ostalo skozi strop/streho. Za stanovanje so značilne izgube predvsem skozi okna in balkonske module

Obstaja več vrst toplotnih izgub v ogrevanih prostorih:

1. Izgube tlaka toka v cevi. Ta parameter je neposredno sorazmeren zmnožku specifične izgube zaradi trenja znotraj cevi (navaja proizvajalec) na skupno dolžino cevi. Toda glede na trenutno nalogo takšnih izgub ni treba upoštevati.
2. Izgube tlaka na krajevnih uporih cevi – toplotne izgube na priključkih in znotraj opreme. Toda glede na pogoje naloge, majhno število priključnih ovinkov in število radiatorjev, lahko take izgube zanemarimo.
3. Toplotne izgube glede na lego stanovanja. Obstaja še ena vrsta toplotnih izgub, vendar so bolj povezane z lego prostora glede na preostali del stavbe. Za običajno stanovanje, ki se nahaja sredi hiše in meji levo/desno/zgoraj/spodaj na druga stanovanja, so toplotne izgube skozi stranske stene, strop in tla praktično enake “0”.

V izračun lahko vzamemo le izgube skozi fasado stanovanja – balkon in osrednje okno skupne sobe. Toda to vprašanje se reši z dodajanjem 2-3 sekcij k vsakemu od radiatorjev.

Vrednost premera cevi se izbere glede na pretok ogrevalnega medija in hitrost njegovega kroženja v ogrevalnem vodu

Pri analizi zgoraj navedenih informacij je treba poudariti, da je za izračunano hitrost tople vode v ogrevalnem sistemu znana tabelarična hitrost premikanja vodnih delcev glede na steno cevi v vodoravnem položaju 0,3-0,7 m/s.

V pomoč mojstru predstavljamo tako imenovani kontrolni seznam za izvajanje izračunov za tipičen hidravlični izračun ogrevalnega sistema:

• zbiranje podatkov in izračun moči kotla;
• prostornina in hitrost ogrevalnega medija;
• toplotne izgube in premer cevi.

Včasih lahko pri izračunu dobimo dovolj velik premer cevi, da pokrije izračunani volumen ogrevalnega medija. To težavo lahko rešimo s povečanjem prostornine kotla ali dodajanjem dodatne ekspanzijske posode.

Na naši spletni strani je blok člankov, posvečenih izračunu ogrevalnega sistema, priporočamo, da si jih ogledate:

1. Toplotni izračun ogrevalnega sistema: kako pravilno izračunati obremenitev sistema
2. Izračun vodnega ogrevanja: formule, pravila, primeri izvedbe
3. Toplotnotehnični izračun stavbe: specifika in formule za izvajanje izračunov + praktični primeri

Zaključki in koristen video na to temo

Značilnosti, prednosti in pomanjkljivosti naravnih in prisilnih sistemov kroženja ogrevalnega medija za ogrevalne sisteme:

Če povzamemo izračune hidravličnega izračuna, smo kot rezultat dobili konkretne fizikalne značilnosti prihodnjega ogrevalnega sistema.

Seveda je to poenostavljena shema izračuna, ki daje približne podatke glede hidravličnega izračuna za ogrevalni sistem tipičnega dvosobnega stanovanja.

Poskušate sami izvesti hidravlični izračun ogrevalnega sistema? Ali pa se morda ne strinjate s predstavljenim gradivom? Čakamo na vaše komentarje in vprašanja – obrazec za povratne informacije se nahaja spodaj.