Hydraulický výpočet vykurovacieho systému na konkrétnom príklade

Vykurovanie na základe cirkulácie teplej vody – najrozšírenejší variant vybavenia rodinného domu. Pre správny vývoj systému je potrebné mať predbežné výsledky analýzy, tzv. hydraulický výpočet vykurovacieho systému, ktorý spája tlak na všetkých úsekoch siete s priemermi rúr.

V prezentovanom článku je podrobne opísaná metodika výpočtov. Aby sme lepšie pochopili algoritmus činnosti, preskúmali sme postup výpočtu na konkrétnom príklade.

Ak sa budeme držať opísaného postupu, podarí sa určiť optimálny priemer hlavného potrubia, počet vykurovacích telies, výkon kotla a ďalšie parametre systému, potrebné na vybavenie efektívneho individuálneho zásobovania teplom.

Pojem hydraulického výpočtu

Rozhodujúcim faktorom technologického rozvoja vykurovacích systémov sa stala obyčajná úspora na energetickom nosiči. Snaha ušetriť núti dôkladnejšie pristupovať k projektovaniu, výberu materiálov, spôsobov montáže a prevádzky vykurovania pre bývanie.

Preto, ak ste sa rozhodli vytvoriť jedinečný a predovšetkým úsporný vykurovací systém pre svoj byt alebo dom, potom odporúčame oboznámiť sa s pravidlami výpočtu a projektovania.

Predtým, ako definujeme hydraulický výpočet systému, je potrebné jasne a presne chápať, že individuálny vykurovací systém bytu a domu je podmienene o rád vyšší v porovnaní s centrálnym vykurovacím systémom veľkej budovy.

Osobný vykurovací systém je založený na zásadne odlišnom prístupe k pojmom tepla a energetického zdroja.

Podstata hydraulického výpočtu spočíva v tom, že prietok nosiča tepla nie je vopred stanovený s výrazným priblížením k reálnym parametrom, ale sa určuje pomocou zosúladenia priemerov potrubia s parametrami tlaku vo všetkých okruhoch systému.

Stačí vykonať bežné porovnanie týchto systémov podľa nasledujúcich parametrov.

1. Centrálny vykurovací systém (kotolňa-dom-byt) je založený na štandardných typoch nosiča energie – uhlie, plyn. V autonómnom systéme je možné použiť prakticky akúkoľvek látku, ktorá má vysoké špecifické spalné teplo, alebo kombináciu niekoľkých kvapalných, pevných, granulovaných materiálov.
2. CÚS je postavený na bežných prvkoch: kovové rúry, „primitívne“ radiátory, uzatváracia armatúra. Individuálny vykurovací systém však umožňuje kombinovať najrôznejšie prvky: viacsekčné radiátory s dobrou tepelnou účinnosťou, vysoko technologické termostaty, rôzne druhy rúr (PVC a medené), ventily, zátky, tvarovky a samozrejme vlastné ekonomickejšie kotly, obehové čerpadlá.
3. Ak vstúpite do bytu typického panelového domu postaveného pred 20-40 rokmi, vidíme, že vykurovací systém sa redukuje na prítomnosť 7-sekčného radiátora pod oknom v každej miestnosti bytu plus zvislé potrubie cez celý dom (stúpačka), pomocou ktorého možno „komunikovať“ so susedmi hore/dole. Inak je to s autonómnym vykurovacím systémom (AVS) – umožňuje vybudovať systém akejkoľvek zložitosti s ohľadom na individuálne želania obyvateľov bytu.
4. Na rozdiel od CÚS, samostatný vykurovací systém zohľadňuje pomerne pôsobivý zoznam parametrov, ktoré ovplyvňujú prenos, spotrebu energie a straty tepla. Teplotný režim okolia, požadovaný rozsah teplôt v miestnostiach, plocha a objem miestnosti, počet okien a dverí, účel miestností atď.

Takže hydraulický výpočet vykurovacieho systému (HVVS) – je to podmienený súbor vypočítaných charakteristík vykurovacieho systému, ktorý poskytuje vyčerpávajúce informácie o parametroch, ako je priemer rúr, počet radiátorov a ventilov.

Tento typ radiátorov bol inštalovaný vo väčšine panelových domov v postsovietskom priestore. Úspora na materiáloch a absencia konštrukčnej myšlienky je “očividná”.

HVVS umožňuje správne vybrať obehové čerpadlo (vykurovacieho kotla) na dopravu horúcej vody ku konečným prvkom vykurovacieho systému (radiátorom) a v konečnom dôsledku mať maximálne vyvážený systém, čo priamo ovplyvňuje finančné investície v oblasti vykurovania obydlia.

Ďalší typ vykurovacieho radiátora pre centrálny vykurovací systém (CÚS). Je to univerzálnejší výrobok, ktorý môže mať ľubovoľný počet rebier. Takto je možné zväčšiť alebo zmenšiť plochu výmeny tepla.

Postupnosť krokov výpočtu

Pokiaľ ide o výpočet vykurovacieho systému, poznamenávame, že tento postup je najnejednoznačnejší a najdôležitejší z hľadiska projektovania.

Pred vykonaním výpočtu je potrebné vykonať predbežnú analýzu budúceho systému, napríklad:

• stanoviť tepelnú bilanciu vo všetkých a konkrétne v každej miestnosti bytu;
• vybrať termoregulátory, ventily a regulátory tlaku;
• určiť úseky systému s maximálnym a minimálnym prietokom nosiča tepla.

Okrem toho je potrebné určiť všeobecnú schému dopravy teplonosného média: plný a malý okruh, jednorúrkový systém alebo dvojrúrková magistrála.

V dôsledku vykonania hydraulického výpočtu získame niekoľko dôležitých charakteristík hydraulického systému, ktoré dávajú odpovede na nasledujúce otázky:

• aký by mal byť výkon zdroja vykurovania;
• aký je prietok a rýchlosť teplonosného média;
• aký je potrebný priemer hlavnej magistrály teplovodného potrubia;
• aké sú možné straty tepla a samotnej hmoty teplonosného média.

Ďalším dôležitým aspektom hydraulického výpočtu je postup vyváženia (zosúladenia) všetkých častí (vetiev) systému počas extrémnych tepelných režimov pomocou regulačných zariadení.

Rozlišuje sa niekoľko základných druhov vykurovacích zariadení: liatinové a hliníkové viacsekčné, oceľové panelové, bimetalové radiátory a konvektory. No najrozšírenejšie sú hliníkové viacsekčné radiátory.

Výpočtovou zónou potrubnej magistrály je úsek s konštantným priemerom samotnej magistrály, ako aj s nezmeneným prietokom horúcej vody, ktorý je určený podľa vzorca tepelnej bilancie miestností. Vymenovanie výpočtových zón začína od čerpadla alebo zdroja tepla.

Počiatočné podmienky príkladu

Pre presnejšie vysvetlenie všetkých detailov hydraulického výpočtu si vezmeme konkrétny príklad bežného obytného priestoru. K dispozícii máme klasický 2-izbový byt panelového domu, s celkovou plochou 65,54 m², ktorý zahŕňa dve izby, kuchyňu, samostatné WC a kúpeľňu, dvojitú chodbu a spájaný balkón.

Po uvedení do prevádzky sme získali nasledujúce informácie o pripravenosti bytu. Opisovaný byt zahŕňa steny upravené tmelom a základným náterom z monolitických železobetónových konštrukcií, okná z profilu s dvojkomorovými sklami, drevotrieskové lisované interiérové dvere, keramickú dlažbu na podlahe sociálneho zariadenia.

Typický panelový 9-poschodový dom so štyrmi vchodmi. Na každom poschodí sú 3 byty: jeden 2-izbový a dva 3-izbové. Byt sa nachádza na piatom poschodí

Okrem toho je predložené bývanie už vybavené medeným vedením, rozvádzačmi a samostatným rozvádzačom, plynovým sporákom, vaňou, umývadlom, toaletou, vyhrievačom uterákov, drezom.

A čo je najdôležitejšie, v obytných miestnostiach, kúpeľni a kuchyni sú už nainštalované hliníkové vykurovacie radiátory. Otázka ohľadom rúr a kotla zostáva otvorená.

Ako sa vykonáva zber údajov

Hydraulický výpočet systému sa z väčšej časti zakladá na výpočtoch súvisiacich s výpočtom vykurovania podľa plochy miestnosti.

Preto je potrebné mať nasledujúce informácie:

• plocha každej jednotlivej miestnosti;
• rozmery okenných a dverných otvorov (vnútorné dvere prakticky neovplyvňujú straty tepla);
• klimatické podmienky, osobitosti regiónu.

Budeme vychádzať z nasledujúcich údajov. Plocha obývacej izby – 18,83 m², spálne – 14,86 m², kuchyne – 10,46 m², balkóna – 7,83 m² (spolu), chodby – 9,72 m² (spolu), kúpeľne – 3,60 m², WC – 1,5 m². Vchodové dvere – 2,20 m², okenná vitrína obývacej izby – 8,1 m², okno spálne – 1,96 m², okno kuchyne – 1,96 m².

Výška stien bytu – 2 metre 70 cm. Vonkajšie steny sú vyrobené z betónu triedy B7 plus vnútorná omietka, hrúbka 300 mm. Vnútorné steny a priečky – nosné 120 mm, bežné – 80 mm. Podlaha a strop sú z betónových stropných dosiek triedy B15, hrúbka 200 mm.

Dispozícia tohto bytu poskytuje možnosť vytvoriť jednu jedinú vetvu vykurovania, prechádzajúcu cez kuchyňu, spálňu a obývaciu izbu, čo zabezpečí priemernú teplotu 20-22⁰C v miestnostiach (+)

Čo sa týka životného prostredia? Byt sa nachádza v dome, ktorý je umiestnený v strede sídliska malého mesta. Mesto leží v akejsi nížine, nadmorská výška 130–150 m. Klíma je mierne kontinentálna s chladnou zimou a pomerne teplým letom.

Priemerná ročná teplota, +7,6 °C. Priemerná teplota v januári -6,6 °C, v júli +18,7 °C. Vietor – 3,5 m/s, priemerná vlhkosť vzduchu – 74 %, množstvo zrážok 569 mm.

Analyzujúc klimatické podmienky regiónu, treba poznamenať, že máme do činenia s veľkým rozptylom teplôt, čo následne ovplyvňuje osobitnú požiadavku na reguláciu vykurovacieho systému bytu.

Výkon generátora tepla

Jedným z hlavných uzlov vykurovacej sústavy je kotol: elektrický, plynový, kombinovaný – v tomto štádiu to nie je dôležité. Keďže je pre nás dôležitá jeho hlavná charakteristika – výkon, teda množstvo energie za jednotku času, ktorá sa bude spotrebovávať na vykurovanie.

Výkon samotného kotla sa určuje podľa nižšie uvedeného vzorca:

Wkotla = (Spomešč * Wudel) / 10,

kde:

• Spomešč – súčet plôch všetkých miestností, ktoré vyžadujú vykurovanie;
• Wudel – merný výkon s prihliadnutím na klimatické podmienky lokality (na to bolo potrebné poznať klímu regiónu).

Čo je charakteristické, pre rôzne klimatické zóny máme nasledujúce údaje:

• severné oblasti – 1,5 – 2 kW/m²;
• centrálna zóna – 1 – 1,5 kW/m²;
• južné regióny – 0,6 – 1 kW/m².

Tieto čísla sú dosť orientačné, ale napriek tomu poskytujú jasnú numerickú odpoveď ohľadom vplyvu životného prostredia na vykurovací systém bytu.

Na tejto mape sú uvedené klimatické zóny s rôznymi teplotnými režimami. Od umiestnenia bývania vzhľadom na zónu závisí, koľko kilowattov energie treba minúť na vykurovanie jedného štvorcového metra (+)

Súčet plochy bytu, ktorú je potrebné vykurovať – sa rovná celkovej ploche bytu a je, teda – 65,54-1,80-6,03=57,71 m² (mínus balkón). Merný výkon kotla pre centrálny región so studenou zimou – 1,4 kW/m². Takže v našom príklade je vypočítaný výkon vykurovacieho kotla ekvivalentný 8,08 kW.

Dynamické parametre teplonosného média

Prechádzame k ďalšej fáze výpočtov – analýza spotreby teplonosného média. Vo väčšine prípadov sa vykurovací systém bytu líši od iných systémov – je to spojené s počtom vykurovacích panelov a dĺžkou potrubia. Tlak sa používa ako dodatočná “hnacia sila” prúdenia vertikálne v systéme.

V súkromných jedno- a viacpodlažných domoch, starých panelových bytových domoch sa používajú vykurovacie systémy s vysokým tlakom, čo umožňuje dopravovať teplonosné látky do všetkých častí rozvetveného, viacokruhového vykurovacieho systému a zdvihnúť vodu do celej výšky (až do 14. poschodia) budovy.

Naopak, bežný 2- alebo 3-izbový byt s autonómnym vykurovaním nemá takú rozmanitosť okruhov a vetiev systému, zahŕňa najviac tri okruhy.

A teda doprava teplonosnej látky prebieha pomocou prirodzeného procesu prúdenia vody. Ale tiež je možné použiť cirkulačné čerpadlá, ohrev zabezpečuje plynový/elektrický kotol.

Odporúčame použiť cirkulačné čerpadlo na vykurovanie miestností nad 100 m². Čerpadlo je možné namontovať pred aj za kotlom, ale zvyčajne sa inštaluje na “spiatočku” – nižšia teplota nosiča, menšia prevzdušnenosť, dlhšia životnosť čerpadla.

Odborníci v oblasti navrhovania a montáže vykurovacích systémov určujú dva základné prístupy k výpočtu objemu teplonosnej látky:

1. Podľa skutočnej kapacity systému. Sčítajú sa bez výnimky všetky objemy dutín, ktorými bude pretekať prúd horúcej vody: súčet jednotlivých úsekov rúr, sekcií radiátorov atď. Ale to je pomerne náročná možnosť.
2. Podľa výkonu kotla. Tu sa názory odborníkov veľmi rozchádzajú, niektorí hovoria 10, iní 15 litrov na jednotku výkonu kotla.

Z pragmatického hľadiska je potrebné zohľadniť skutočnosť, že pravdepodobne vykurovací systém nebude len dodávať horúcu vodu do miestnosti, ale aj ohrievať vodu pre vaňu/sprchu, umývadlo, drez a sušičku, a možno aj pre hydromasáž alebo vírivku. Táto možnosť je jednoduchšia.

Preto v tomto prípade odporúčame nastaviť 13,5 litra na jednotku výkonu. Vynásobením tohto čísla výkonom kotla (8,08 kW) získame vypočítaný objem vodnej hmoty – 109,08 l.

Vypočítaná rýchlosť teplonosnej látky v systéme je práve tým parametrom, ktorý umožňuje zvoliť určitý priemer potrubia pre vykurovací systém.

Vypočíta sa podľa nasledujúceho vzorca:

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

kde:

• W – výkon kotla;
• t – teplota privádzanej vody;
• to – teplota vody v spätnom okruhu;
• k – účinnosť kotla (0,95 pre plynový kotol).

Dosadením vypočítaných údajov do vzorca dostaneme: (0.86 * 8080* 0.95)/80-60 = 6601,36/20=330 kg/h. Takto sa za jednu hodinu v systéme premiestni 330 l teplonosnej látky (vody) a kapacita systému je približne 110 l.

Určenie priemeru rúr

Pre konečné určenie priemeru a hrúbky vykurovacích rúr zostáva prediskutovať otázku tepelných strát.

Maximálne množstvo tepla uniká z miestnosti cez steny – až 40%, cez okná – 15%, podlahu – 10%, všetko ostatné cez strop/strechu. Pre byt sú typické straty hlavne cez okná a balkónové moduly

Existuje niekoľko druhov tepelných strát vo vykurovaných miestnostiach:

1. Straty tlaku prúdenia v potrubí. Tento parameter je priamo úmerný súčinu mernej straty trením vo vnútri potrubia (poskytuje výrobca) a celkovej dĺžky potrubia. Ale vzhľadom na aktuálnu úlohu tieto straty možno zanedbať.
2. Strata tlaku na miestnych odporoch potrubia – straty tepla na tvarovkách a vnútri zariadenia. Ale vzhľadom na podmienky úlohy, malé množstvo tvarovkových ohybov a počet radiátorov, tieto straty možno zanedbať.
3. Tepelné straty v závislosti od umiestnenia bytu. Existuje ešte jeden typ tepelných strát, ale tie sú viac spojené s umiestnením miestnosti voči zvyšku budovy. Pre bežný byt, ktorý sa nachádza v strede domu a susedí vľavo/vpravo/nad/pod s inými bytmi, tepelné straty cez bočné steny, strop a podlahu sú prakticky rovné “0”.

V úvahu možno vziať len straty cez fasádnu časť bytu – balkón a centrálne okno spoločnej miestnosti. Ale táto otázka je vyriešená pridaním 2-3 sekcií ku každému z radiátorov.

Hodnota priemeru potrubia sa vyberá podľa prietoku teplonosnej látky a rýchlosti jej cirkulácie vo vykurovacom okruhu

Analyzujúc vyššie uvedené informácie, stojí za zmienku, že pre vypočítanú rýchlosť teplej vody vo vykurovacom systéme je známa tabuľková rýchlosť pohybu častíc vody voči stene potrubia v horizontálnej polohe 0,3-0,7 m/s.

Na pomoc majstrovi predkladáme takzvaný kontrolný zoznam na vykonávanie výpočtov pre typický hydraulický výpočet vykurovacieho systému:

• zber údajov a výpočet výkonu kotla;
• objem a rýchlosť teplonosnej látky;
• straty tepla a priemer potrubia.

Niekedy pri výpočte možno dostať dosť veľký priemer potrubia na pokrytie vypočítaného objemu teplonosnej látky. Tento problém možno vyriešiť zvýšením objemu kotla alebo pridaním dodatočnej expanznej nádoby.

Na našej stránke je blok článkov venovaných výpočtu vykurovacieho systému, odporúčame sa oboznámiť:

1. Tepelný výpočet systému kúrenia: ako správne urobiť výpočet zaťaženia na systém
2. Výpočet vodného kúrenia: vzorce, pravidlá, príklady vykonania
3. Tepelnotechnický výpočet budovy: špecifiká a vzorce vykonávania výpočtov + praktické príklady

Závery a užitočné video k téme

Vlastnosti, výhody a nevýhody prirodzenej a nútenej cirkulácie teplonosnej látky pre vykurovacie systémy:

Zhrnutím výpočtov hydraulického výpočtu sme získali konkrétne fyzikálne charakteristiky budúceho vykurovacieho systému.

Prirodzene, že ide o zjednodušenú schému výpočtu, ktorá poskytuje približné údaje týkajúce sa hydraulického výpočtu pre vykurovací systém typického dvojizbového bytu.

Pokúšate sa samostatne vykonať hydraulický výpočet vykurovacieho systému? Alebo možno nesúhlasíte s uvedeným materiálom? Čakáme na vaše komentáre a otázky – blok pre spätnú väzbu sa nachádza nižšie.