Hydraulisk beräkning av värmesystem med ett konkret exempel

Uppvärmning baserad på cirkulation av varmvatten – är den vanligaste lösningen för ett privat hus. För en korrekt utveckling av systemet krävs förberedande analysresultat, den så kallade hydrauliska beräkningen av värmesystemet, som kopplar samman tryck i alla nätets sektioner med rörens diametrar.

I den presenterade artikeln beskrivs beräkningsmetoden i detalj. För att bättre förstå algoritmen har vi gått igenom beräkningsordningen med ett specifikt exempel.

Genom att följa den beskrivna sekvensen kan man bestämma optimal diameter på huvudledningen, antal värmeelement, pannans effekt och andra systemparametrar som krävs för ett effektivt individuellt värmesystem.

Begreppet hydraulisk beräkning

Den avgörande faktorn för den tekniska utvecklingen av värmesystem har blivit den vanliga energibesparingen. Strävan efter att spara tvingar en att noggrant överväga design, materialval, installationsmetoder och drift av värmesystemet för bostaden.

Därför, om du har bestämt dig för att skapa ett unikt och framför allt ekonomiskt värmesystem för din lägenhet eller ditt hus, rekommenderar vi att du bekantar dig med reglerna för beräkning och projektering.

Innan man ger en definition av systemets hydrauliska beräkning måste man tydligt och klart förstå att det individuella värmesystemet för en lägenhet och ett hus är ungefär en nivå högre jämfört med centralvärmesystemet i en stor byggnad.

Det personliga värmesystemet baseras på ett helt annat synsätt på begreppen värme och energiresurs.

Kärnan i hydraulisk beräkning är att flödet av värmebärare inte anges i förväg med en grov approximation till verkliga parametrar, utan bestäms genom att samordna rörledningsdiametrar med tryckparametrar i alla systemets slingor.

Det räcker med att göra en trivial jämförelse av dessa system enligt följande parametrar.

1. Centralvärmesystemet (pannhus-hus-lägenhet) baseras på standardtyper av energibärare – kol, gas. I det autonoma systemet kan man praktiskt taget använda vilket ämne som helst som har ett högt specifikt värmevärde, eller en kombination av flera flytande, fasta, granulära material.
2. TSOS är byggt med vanliga element: metallrör, “klumpiga” element, avstängningsventiler. Det individuella värmesystemet tillåter däremot kombination av olika element: flersektionsradiatorer med god värmeavgivning, högteknologiska termostater, olika typer av rör (PVC och koppar), kranar, pluggar, kopplingar och naturligtvis egna mer ekonomiska pannor, cirkulationspumpar.
3. Om du går in i en lägenhet i ett typiskt panelhus byggt för 20–40 år sedan, ser du att värmesystemet består av ett 7-sektions element under fönstret i varje rum i lägenheten plus ett vertikalt rör genom hela huset (stigare), med vilket man kan “kommunicera” med grannarna ovanför/nedanför. Helt annorlunda är det med det autonoma värmesystemet (ASO) – det gör det möjligt att bygga ett system av valfri komplexitet med hänsyn till lägenhetsinnehavarnas individuella önskemål.
4. Till skillnad från TSOS tar det separata värmesystemet hänsyn till en ganska omfattande lista av parametrar som påverkar överföring, energiförbrukning och värmeförluster. Omgivningens temperaturförhållanden, erforderligt temperaturområde i rummen, rummens area och volym, antal fönster och dörrar, rummens användning etc.

Således är den hydrauliska beräkningen av värmesystemet (GRSO) – en villkorlig uppsättning beräknade egenskaper för värmesystemet, som ger uttömmande information om parametrar som rördiameter, antal radiatorer och ventiler.

Denna typ av radiatorer installerades i de flesta panelhus i det postsovjetiska området. Materialbesparingar och brist på konstruktionsidé “är uppenbar”.

GRSO möjliggör korrekt val av vattenringpump (värmepanna) för att transportera varmvatten till värmesystemets slutliga element (radiatorer) och i slutändan få ett så balanserat system som möjligt, vilket direkt påverkar de ekonomiska investeringarna i uppvärmningen av bostaden.

Ännu en typ av värmeradiator för CVS. Det är en mer mångsidig produkt som kan ha valfritt antal fenor. På så sätt kan man öka eller minska värmeöverföringsytan.

Steg i beräkningsprocessen

När vi talar om beräkning av värmesystem, noterar vi att denna procedur är den mest tvetydiga och viktiga när det gäller projektering.

Innan beräkningen utförs måste man göra en preliminär analys av det framtida systemet, till exempel:

• fastställa värmebalansen i alla och specifikt i varje rum i lägenheten;
• välja termostater, ventiler och tryckregulatorer;
• identifiera delar av systemet med maximalt och minimalt flöde av värmebärare.

Dessutom måste man bestämma den allmänna transportplanen för värmebäraren: full och liten slinga, enrörssystem eller tvårörsledning.

Som ett resultat av den hydrauliska beräkningen får vi flera viktiga egenskaper hos det hydrauliska systemet, som ger svar på följande frågor:

• vilken effekt värmekällan bör ha;
• vilket flöde och hastighet hos värmebäraren;
• vilken diameter huvudledningen för värmeledningen behöver;
• vilka eventuella värmeförluster och förluster av själva värmebäraren.

En annan viktig aspekt av den hydrauliska beräkningen är proceduren för balans (avstämning) av alla delar (grenar) av systemet under extrema värmeförhållanden med hjälp av regleringsanordningar.

Man skiljer på flera grundläggande typer av värmeanordningar: gjutjärns- och aluminiumflersektionsradiatorer, stålpanelradiatorer, bimetallradiatorer och konvektorer. Men de vanligaste är aluminiumflersektionsradiatorer.

Beräkningszonen för rörledningsledningen är en sektion med konstant diameter på själva ledningen samt konstant flöde av varmvatten, som bestäms av formeln för värmebalans i rummen. Uppräkningen av beräkningszoner börjar vid pumpen eller värmekällan.

Inledande villkor för exemplet

För en mer konkret förklaring av alla detaljer i den hydrauliska beräkningen tar vi ett konkret exempel på ett vanligt bostadsutrymme. Vi har en klassisk 2-rumslägenhet i ett panelhus med en total yta på 65,54 m², som omfattar två rum, kök, separat toalett och badrum, dubbel hall, dubbel balkong.

Efter överlämnandet fick vi följande information om lägenhetens färdigställandegrad. Den beskrivna lägenheten omfattar väggar av monolitiska armerade betongkonstruktioner som är behandlade med spackel och primer, fönster av profil med tvåglasfönster, träfiberspressade innerdörrar, keramiska plattor på golvet i våtrummet.

Typiskt panelhus med nio våningar och fyra trappuppgångar. På varje våning finns 3 lägenheter: en 2-rums och två 3-rums. Lägenheten ligger på femte våningen.

Dessutom är den presenterade bostaden redan utrustad med kopparkablar, fördelare och en separat elcentral, gasspis, badkar, handfat, toalett, handdukstork, diskho.

Och viktigast av allt, i vardagsrum, badrum och kök finns redan aluminiumradiatorer. Frågan om rör och panna är fortfarande öppen.

Hur datainsamling utförs

Hydraulisk beräkning av systemet bygger till största delen på beräkningar relaterade till uppvärmningsberäkning per rumsarea.

Därför behövs följande information:

• arean för varje enskilt rum;
• måtten på fönster- och dörröppningar (innerdörrar påverkar praktiskt taget inte värmeförlusterna);
• klimatförhållanden, regionens särdrag.

Vi utgår från följande data. Vardagsrummets yta – 18,83 m², sovrum – 14,86 m², kök – 10,46 m², balkong – 7,83 m² (summa), hall – 9,72 m² (summa), badrum – 3,60 m², toalett – 1,5 m². Ytterdörr – 2,20 m², fönster i vardagsrum – 8,1 m², sovrumsfönster – 1,96 m², köksfönster – 1,96 m².

Lägenhetens vägghöjd – 2 meter 70 cm. Ytterväggarna är gjorda av betongklass B7 plus invändig puts, tjocklek 300 mm. Innerväggar och skiljeväggar – bärande 120 mm, vanliga – 80 mm. Golv och i sin tur tak är av betongplattor klass B15, tjocklek 200 mm.

Denna lägenhets planlösning ger möjlighet att skapa en enda värmegren som går genom kök, sovrum och vardagsrum, vilket säkerställer en medeltemperatur på 20-22⁰C i rummen (+)

När det gäller miljön? Lägenheten ligger i ett hus som ligger mitt i ett bostadsområde i en småstad. Staden ligger i en lågslätt, höjd över havet 130-150 m. Klimatet är tempererat kontinentalt med sval vinter och ganska varm sommar.

Genomsnittlig årstemperatur +7,6°C. Genomsnittlig temperatur i januari -6,6°C, i juli +18,7°C. Vind 3,5 m/s, luftfuktighet i genomsnitt 74%, nederbörd 569 mm.

När man analyserar klimatförhållandena i regionen bör man notera att vi har en stor temperaturspridning, vilket i sin tur påverkar det speciella kravet på inställning av lägenhetens värmesystem.

Värmegeneratorns effekt

En av huvudkomponenterna i värmesystemet är pannan: elektrisk, gas, kombinerad – i det här skedet spelar det ingen roll. Eftersom dess viktigaste egenskap är effekten, det vill säga mängden energi per tidsenhet som går åt till uppvärmning.

Pannans effekt bestäms enligt formeln nedan:

Wpanna = (Srum * Wspec) / 10,

där:

• Srum – summan av areorna för alla rum som kräver uppvärmning;
• Wspec – specifik effekt med hänsyn till klimatförhållandena på platsen (det ä därför vi behövde känna till regionens klimat).

Vad som är typiskt, för olika klimatzoner har vi följande data:

• norra regioner – 1,5 – 2 kW/m²;
• centrala zonen – 1 – 1,5 kW/m²;
• södra regioner – 0,6 – 1 kW/m².

Dessa siffror är ganska villkorliga, men ger ändå ett tydligt numeriskt svar om miljöns påverkan på lägenhetens värmesystem.

Denna karta visar klimatzoner med olika temperaturregimer. Avståndet från bostaden till zonen avgör hur mycket energi per kvadratmeter som behöver läggas på uppvärmning (+)

Summan av lägenhetsytan som måste värmas upp – är lika med den totala lägenhetsytan och är, det vill säga – 65,54-1,80-6,03=57,71 m2 (minus balkong). Specifik panneffekt för central region med kall vinter – 1,4 kW/m2. Således, i vårt exempel, beräknad värmepannans effekt motsvarar 8,08 kW.

Dynamiska parametrar för värmeöverföringsmedium

Går vidare till näste steg i beräkningarna – analys av värmebärarens förbrukning. I de flesta fall skiljer sig lägenhetens värmesystem från andra system – detta beror på antalet värmepaneler och rörledningens längd. Tryck används som en extra "drivkraft" för flödet vertikalt genom systemet.

I privata en- och flervåningshus, gamla panelbyggnader med flera lägenheter används värmesystem med högt tryck, vilket gör det möjligt att transportera värmebäraren till alla delar av det förgrenade, flerringade värmesystemet och lyfta vattnet till hela byggnadens höjd (upp till 14:e våningen).

Däremot har en vanlig 2- eller 3-rumslägenhet med autonom uppvärmning inte lika många ringar och grenar i systemet – den omfattar högst tre kretsar.

Det innebär att transporten av värmebärare sker genom vattnets naturliga flöde. Men man kan också använda cirkulationspumpar, och uppvärmningen sker med en gas-/el-panna.

Vi rekommenderar att använda en cirkulationspump för uppvärmning av rum större än 100 m². Pumpen kan monteras både före och efter pannan, men vanligtvis placeras den på returledningen – lägre medietemperatur, mindre luftinsläpp och längre livslängd för pumpen.

Specialister inom projektering och installation av värmesystem definierar två huvudsakliga tillvägagångssätt för beräkning av värmebärarvolym:

1. Enligt systemets faktiska kapacitet. Alla hålrum där varmvattnet flödar summeras: enskilda rörsektioner, radiatorelement etc. Detta är dock en ganska arbetsam metod.
2. Enligt pannans effekt. Här går experternas åsikter isär – vissa säger 10, andra 15 liter per effektenhet för pannan.

Ur en pragmatisk synvinkel bör man ta hänsyn till att värmesystemet troligen inte bara levererar varmvatten till rummet utan även värmer vatten till bad/dusch, handfat, diskho och torktumlare, och kanske även till hydromassage eller bubbelpool. Denna metod är enklare.

Därför rekommenderar vi i detta fall att installera 13,5 liter per effektenhet. Multiplicerar man detta tal med pannans effekt (8,08 kW) får man den beräknade vattenvolymen – 109,08 liter.

Den beräknade hastigheten för värmebäraren i systemet är just den parameter som gör det möjligt att välja en specifik rördiameter för värmesystemet.

Den beräknas med följande formel:

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

där:

• W – pannans effekt;
• t – temperatur på tillfört vatten;
• to – temperatur på vatten i returledning;
• k – pannans verkningsgrad (0,95 för gaspanna).

Sätter man in beräkningsdata i formeln får man: (0.86 * 8080 * 0.95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h. Således cirkulerar 330 liter värmebärare (vatten) per timme i systemet, och systemets kapacitet är cirka 110 liter.

Bestämning av rördiameter

För slutgiltig bestämning av diameter och tjocklek på värmeledningsrören återstår att diskutera frågan om värmeförluster.

Den maximala mängden värme lämnar rummet genom väggarna – upp till 40%, genom fönster – 15%, golv – 10%, allt annat genom tak/yttertak. För en lägenhet är förlusterna huvudsakligen genom fönster och balkongmoduler

Det finns flera typer av värmeförluster i uppvärmda rum:

1. Tryckförluster i rörströmning. Denna parameter är direkt proportionell mot produkten av specifik friktionsförlust inuti röret (tillhandahålls av tillverkaren) och rörets totala längd. Men med hänsyn till den aktuella uppgiften kan sådana förluster ignoreras.
2. Tryckförluster vid lokala rörmotstånd – värmekostnader på kopplingar och inuti utrustning. Men med hänsyn till uppgiftens förutsättningar, ett litet antal kopplingsböjar och antalet radiatorer, kan sådana förluster försummas.
3. Värmeförluster baserat på lägenhetens läge. Det finns ytterligare en typ av värmekostnader, men de är mer relaterade till rummets placering i förhållande till resten av byggnaden. För en vanlig lägenhet som är mitt i huset och gränsar till vänster/höger/ovan/under andra lägenheter, är värmeförlusterna genom sidoväggar, tak och golv praktiskt taget lika med “0”.

Man kan bara ta med förluster genom lägenhetens fasad – balkongen och centralfönstret i allrummet. Men detta problem löses genom att lägga till 2-3 sektioner till varje radiator.

Rörens diameter väljs baserat på värmebärarens flöde och dess cirkulationshastighet i värmeledningen

Vid analys av ovanstående information bör man notera att för den beräknade hastigheten av varmvatten i värmesystemet är den tabellerade hastigheten för vattenpartiklarnas rörelse i förhållande till rörväggen i horisontellt läge 0,3-0,7 m/s.

För att hjälpa hantverkaren presenterar vi en så kallad checklista för beräkningar vid en typisk hydraulisk beräkning av värmesystemet:

• datainsamling och beräkning av pannans effekt;
• värmebärarens volym och hastighet;
• värmeförluster och rördiameter.

Ibland vid beräkning kan man få en tillräckligt stor rördiameter för att täcka den beräknade volymen värmebärare. Detta problem kan lösas genom att öka pannans litervolym eller lägga till en extra expansionsbehållare.

På vår webbplats finns en sektion med artiklar om beräkning av värmesystemet, vi rekommenderar att du bekantar dig med dem:

1. Värmeberäkning av värmesystemet: hur man korrekt beräknar belastningen på systemet
2. Beräkning av vattenvärme: formler, regler, exempel på utförande
3. Värmeteknisk beräkning av byggnad: specifikationer och formler för utförande av beräkningar + praktiska exempel

Slutsatser och användbar video om ämnet

Funktioner, fördelar och nackdelar med naturliga och forcerade cirkulationssystem för värmebärare i värmesystem:

Sammanfattningsvis av de hydrauliska beräkningarna fick vi specifika fysiska egenskaper för det framtida värmesystemet.

Naturligtvis är detta en förenklad beräkningsmodell som ger ungefärliga data för den hydrauliska beräkningen av värmesystemet i en typisk tvårumslägenhet.

Försöker du själv utföra en hydraulisk beräkning av värmesystemet? Eller kanske du inte håller med materialet? Vi väntar på dina kommentarer och frågor – feedbackformuläret finns nedan.