Apkures sistēmas hidrauliskais aprēķins konkrētā piemērā

Apkure, kas balstīta uz karstā ūdens cirkulāciju – visizplatītākā privātmājas iekārtošanas iespēja. Lai pareizi izstrādātu sistēmu, ir nepieciešami iepriekšējie analīzes rezultāti, tā sauktais hidrauliskais apkures sistēmas aprēķins, kas sasaista spiedienu visos tīkla posmos ar cauruļu diametriem.

Piedāvātajā rakstā ir detalizēti aprakstīta aprēķinu metodika. Lai labāk izprastu darbību algoritmu, mēs apskatījām aprēķinu secību konkrētā piemērā.

Ievērojot aprakstīto secību, būs iespējams noteikt optimālo maģistrāles diametru, apkures ierīču skaitu, katla jaudu un citus sistēmas parametrus, kas nepieciešami efektīvas individuālas siltumapgādes iekārtošanai.

Hidrauliskā aprēķina jēdziens

Par noteicošo faktoru apkures sistēmu tehnoloģiskajā attīstībā ir kļuvusi parastā enerģijas nesēja taupīšana. Vēlme ietaupīt liek rūpīgāk pieiet projektēšanai, materiālu izvēlei, montāžas un apkures ekspluatācijas veidiem mājoklim.

Tāpēc, ja Jūs esat nolēmis izveidot unikālu un galvenokārt ekonomisku apkures sistēmu savam dzīvoklim vai mājai, tad iesakām iepazīties ar aprēķina un projektēšanas noteikumiem.

Pirms sniegt hidrauliskās sistēmas aprēķina definīciju, skaidri jāsaprot, ka individuālā dzīvokļa un mājas apkures sistēma atrodas nosacīti vienu kārtu augstāk salīdzinājumā ar lielas ēkas centrālo apkures sistēmu.

Personīgā apkures sistēma balstās uz principiāli atšķirīgu pieeju siltuma un energoresursu jēdzieniem.

Hidrauliskā aprēķina būtība ir tāda, ka dzesēšanas šķidruma patēriņš netiek noteikts iepriekš ar būtisku tuvinājumu reālajiem parametriem, bet tiek noteikts, sasaistot cauruļvadu diametrus ar spiediena parametriem visos sistēmas gredzenos.

Pietiek veikt triviālu šo sistēmu salīdzinājumu pēc šādiem parametriem.

1. Centrālā apkures sistēma (katlu māja-māja-dzīvoklis) balstās uz standarta enerģijas nesēju veidiem – ogles, gāze. Autonomā sistēmā var izmantot praktiski jebkuru vielu, kurai ir augsts īpatnējais sadegšanas siltums, vai vairāku šķidru, cietu, granulētu materiālu kombināciju.
2. CAS ir veidota no parastiem elementiem: metāla caurules, “rupjas” baterijas, aizslēgarmatūra. Individuālā apkures sistēma savukārt ļauj kombinēt dažādākos elementus: daudzsekciju radiatorus ar labu siltumatdevi, augstas tehnoloģijas termostatus, dažādu veidu caurules (PVC un vara), krānus, aizbāžņus, veidgabalus un, protams, savus ekonomiskākus apkures katlus, cirkulācijas sūkņus.
3. Ieejot tipiskā paneļu mājas dzīvoklī, kas būvēts pirms 20-40 gadiem, redzam, ka apkures sistēma aprobežojas ar 7 sekciju radiatoru zem loga katrā dzīvokļa istabā plus vertikāla caurule cauri visai mājai (stāvvads), ar kuru var “sazināties” ar kaimiņiem augšā/apakšā. Turpretim autonoma apkures sistēma (AAS) – ļauj veidot jebkuras sarežģītības sistēmu, ņemot vērā dzīvokļa iedzīvotāju individuālās vēlmes.
4. Atšķirībā no CAS, atsevišķa apkures sistēma ņem vērā diezgan iespaidīgu parametru sarakstu, kas ietekmē enerģijas pārnesi, patēriņu un siltuma zudumus. Apkārtējās vides temperatūras režīms, nepieciešamais temperatūras diapazons telpās, telpas platība un tilpums, logu un durvju skaits, telpu mērķis utt.

Tādējādi apkures sistēmas hidrauliskais aprēķins (GRSO) – ir nosacīts aprēķināmo raksturlielumu kopums, kas sniedz izsmeļošu informāciju par tādiem parametriem kā cauruļu diametrs, radiatoru skaits un vārsti.

Šāda veida radiatori tika uzstādīti lielākajā daļā paneļu māju pēcpadomju teritorijā. Materiālu taupīšana un konstruktīvas idejas trūkums ir “acīm redzams”.

GRSO ļauj pareizi izvēlēties cirkulācijas sūkni (apkures katla) karstā ūdens transportēšanai uz apkures sistēmas galīgajiem elementiem (radiatoriem) un, galu galā, lai sistēma būtu maksimāli līdzsvarota, kas tieši ietekmē finansiālos ieguldījumus mājokļa apkures daļā.

Vēl viens apkures radiatora veids COS. Tas ir daudzpusīgāks izstrādājums, kuram var būt jebkāds ribu skaits. Tādā veidā var palielināt vai samazināt siltuma apmaiņas laukumu.

Aprēķina soļu secība

Runājot par apkures sistēmas aprēķinu, atzīmējam, ka šī procedūra ir visneskaidrākā un svarīgākā projektēšanas daļā.

Pirms aprēķina veikšanas ir jāveic nākotnes sistēmas iepriekšēja analīze, piemēram:

• noteikt siltuma bilanci visās un konkrēti katrā dzīvokļa istabā;
• izvēlēties termoregulatorus, vārstus un spiediena regulatorus;
• noteikt sistēmas posmus ar maksimālo un minimālo siltumnesēja patēriņu.

Turklāt ir jānosaka kopējā siltumnesēja transportēšanas shēma: pilnais un mazais kontūrs, viencaurules sistēma vai divcaurules maģistrāle.

Hidrauliskā aprēķina veikšanas rezultātā iegūstam vairākas svarīgas hidrauliskās sistēmas īpašības, kas sniedz atbildes uz šādiem jautājumiem:

• kādai jābūt apkures avota jaudai;
• kāds ir siltumnesēja patēriņš un ātrums;
• kāds nepieciešams siltuma cauruļvada galvenās maģistrāles diametrs;
• kādi ir iespējamie siltuma un paša siltumnesēja masas zudumi.

Vēl viens svarīgs hidrauliskā aprēķina aspekts ir visu sistēmas daļu (zaru) balansēšanas (sasaistes) procedūra ekstremālos termiskos režīmos, izmantojot regulēšanas ierīces.

Izšķir vairākus galvenos apkures izstrādājumu veidus: čuguna un alumīnija daudzsekciju, tērauda paneļu, bimetāla radiatori un konvektori. Bet visizplatītākie ir alumīnija daudzsekciju radiatori.

Cauruļvada maģistrāles aprēķina zona ir posms ar nemainīgu pašas maģistrāles diametru, kā arī ar nemainīgu karstā ūdens patēriņu, kas noteikts pēc istabu siltuma bilances formulas. Aprēķina zonu uzskaitījums sākas no sūkņa vai siltuma avota.

Piemēra sākotnējie nosacījumi

Lai precīzāk izskaidrotu visas hidrauliskā aprēķina detaļas, ņemsim konkrētu piemēru no parastas dzīvojamās telpas. Mums ir klasisks 2-istabu dzīvoklis paneļu mājā ar kopējo platību 65,54 m², kas ietver divas istabas, virtuvi, atsevišķu tualeti un vannasistabu, dubulto gaiteni un savienotu balkonu.

Pēc nodošanas ekspluatācijā saņēmām šādu informāciju par dzīvokļa gatavību. Aprakstītais dzīvoklis ietver apstrādātas ar špakteli un grunti sienas no monolītām dzelzsbetona konstrukcijām, logus no profila ar divkameru stikliem, presētas šķiedru plātņu iekštelpu durvis, keramikas flīzes uz sanitārā mezgla grīdas.

Tipiska paneļu 9-stāvu māja ar četrām kāpņu telpām. Katrā stāvā ir 3 dzīvokļi: viens 2-istabu un divi 3-istabu. Dzīvoklis atrodas piektajā stāvā.

Turklāt piedāvātais mājoklis jau ir aprīkots ar vara elektroinstalāciju, sadalītājiem un atsevišķu sadales skapi, gāzes plīti, vannu, izlietni, tualetes podu, dvieļu žāvētāju, virtuves izlietni.

Un pats galvenais - dzīvojamās istabās, vannasistabā un virtuvē jau ir alumīnija apkures radiatori. Jautājums par caurulēm un apkures katlu paliek atklāts.

Kā tiek veikta datu vākšana

Sistēmas hidrauliskais aprēķins lielākoties balstās uz aprēķiniem, kas saistīti ar apkures aprēķinu pēc telpas platības.

Tāpēc ir nepieciešama šāda informācija:

• katras atsevišķas telpas platība;
• logu un durvju ailu izmēri (iekšdurvis praktiski neietekmē siltuma zudumus);
• klimatiskie apstākļi, reģiona īpatnības.

Mēs izejam no šādiem datiem. Kopējās istabas platība – 18,83 m², guļamistaba – 14,86 m², virtuve – 10,46 m², balkons – 7,83 m² (kopā), gaitenis – 9,72 m² (kopā), vannasistaba – 3,60 m², tualete – 1,5 m². Ieejas durvis – 2,20 m², kopējās istabas logs – 8,1 m², guļamistabas logs – 1,96 m², virtuves logs – 1,96 m².

Dzīvokļa sienu augstums – 2 metri 70 cm. Ārsienas izgatavotas no B7 klases betona plus iekšējais apmetums, biezums 300 mm. Iekšējās sienas un starpsienas – nesošās 120 mm, parastās – 80 mm. Grīda un attiecīgi griesti no B15 klases betona pārseguma plātnēm, biezums 200 mm.

Šī dzīvokļa plānojums sniedz iespēju izveidot vienu vienīgu apkures atzaru, kas iet caur virtuvi, guļamistabu un kopējo istabu, nodrošinot vidējo temperatūru 20-22⁰C telpās (+)

Kas attiecas uz vidi? Dzīvoklis atrodas mājā, kas atrodas mazas pilsētas mikrorajona centrā. Pilsēta atrodas noteiktā zemienē, augstums virs jūras līmeņa ir 130–150 m. Klimats ir mēreni kontinentāls ar vēsu ziemu un pietiekami siltu vasaru.

Gada vidējā temperatūra ir +7,6 °C. Janvāra vidējā temperatūra ir –6,6 °C, jūlija +18,7 °C. Vēja ātrums – 3,5 m/s, gaisa mitrums vidēji – 74 %, nokrišņu daudzums 569 mm.

Analizējot reģiona klimatiskos apstākļus, jāatzīmē, ka mums ir darīšana ar lielu temperatūras izkliedi, kas savukārt ietekmē īpašas prasības dzīvokļa apkures sistēmas regulēšanā.

Siltuma ģeneratora jauda

Viens no galvenajiem apkures sistēmas mezgliem ir katls: elektriskais, gāzes, kombinētais – šajā posmā tam nav nozīmes. Tā kā mums svarīgs ir tā galvenais raksturlielums – jauda, proti, enerģijas daudzums laika vienībā, kas tiks izmantots apkurei.

Paša katla jauda tiek noteikta pēc zemāk dotās formulas:

Wkatls = (Stelpa*Wīpaš) / 10,

kur:

• Stelpa – visu telpu platību summa, kurām nepieciešama apkure;
• Wīpaš – īpatnējā jauda, ņemot vērā atrašanās vietas klimatiskos apstākļus (lūk, kāpēc bija jāzina reģiona klimats).

Raksturīgi, ka dažādām klimatiskajām zonām ir šādi dati:

• ziemeļu apgabali – 1,5 – 2 kW/m²;
• centrālā zona – 1 – 1,5 kW/m²;
• dienvidu reģioni – 0,6 – 1 kW/m².

Šie skaitļi ir pietiekami nosacīti, taču tomēr sniedz skaidru skaitlisku atbildi par apkārtējās vides ietekmi uz dzīvokļa apkures sistēmu.

Šajā kartē ir attēlotas klimatiskās zonas ar dažādiem temperatūras režīmiem. No mājokļa atrašanās vietas attiecībā pret zonu ir atkarīgs, cik daudz kW enerģijas jāiztērē, lai apsildītu vienu kvadrātmetru (+).

Dzīvokļa platība, kas jāapsilda – ir vienāda ar dzīvokļa kopējo platību, proti, 65,54–1,80–6,03=57,71 m² (atņemot balkonu). Katla īpatnējā jauda centrālajam reģionam ar aukstu ziemu – 1,4 kW/m². Tādējādi mūsu piemērā apkures katla aprēķinātā jauda ir 8,08 kW.

Siltumnesēja dinamiskie parametri

Pārejam pie nākamā aprēķinu posma – siltumnesēja patēriņa analīzes. Vairumā gadījumu dzīvokļa apkures sistēma atšķiras no citām sistēmām – tas saistīts ar apkures paneļu skaitu un cauruļvada garumu. Spiediens tiek izmantots kā papildu “dzenējspēks” plūsmai vertikāli caur sistēmu.

Privātajās vienstāvu un daudzstāvu mājās, vecās paneļu daudzdzīvokļu ēkās tiek izmantotas augstspiediena apkures sistēmas, kas ļauj transportēt siltumnesēju uz visām sazarotās, daudzriņķu apkures sistēmas daļām un pacelt ūdeni visā ēkas augstumā (līdz 14. stāvam).

Turpretim parastam 2 vai 3 istabu dzīvoklim ar autonomu apkuri nav tik daudz dažādu riņķu un sistēmas atzaru, tas ietver ne vairāk kā trīs kontūrus.

Tātad siltumnesēja transportēšana notiek dabiska ūdens plūsmas procesa rezultātā. Bet var izmantot arī cirkulācijas sūkņus, apkuri nodrošina gāzes/elektriskais katls.

Mēs iesakām izmantot cirkulācijas sūkni telpu apkurei, kas ir lielākas par 100 m². Sūkni var uzstādīt gan pirms, gan pēc katla, bet parasti to novieto uz “atgaitas” – zemāka nesēja temperatūra, mazāks gaisa piesātinājums, ilgāks sūkņa kalpošanas laiks.

Projektēšanas un apkures sistēmu uzstādīšanas speciālisti nosaka divas galvenās pieejas dzesēšanas šķidruma tilpuma aprēķināšanai:

1. Pēc sistēmas faktiskās jaudas. Tiek summēti visi bez izņēmuma dobumu tilpumi, kur plūdīs karstais ūdens: atsevišķu cauruļu posmu, radiatoru sekciju u.c. summa. Bet tas ir diezgan darbietilpīgs variants.
2. Pēc katla jaudas. Šeit speciālistu viedokļi ļoti atšķiras, daži saka 10, citi 15 litrus uz katla jaudas vienību.

No pragmatiskā viedokļa ir jāņem vērā fakts, ka apkures sistēma, visticamāk, ne tikai piegādās karsto ūdeni telpai, bet arī sildīs ūdeni vannai/dušai, izlietnei, izlietnei un žāvētājam, un varbūt arī hidromasāžai vai džakuzi. Šī opcija ir vienkāršāka.

Tāpēc šajā gadījumā mēs iesakām uzstādīt 13,5 litrus uz jaudas vienību. Reizinot šo skaitli ar katla jaudu (8,08 kW), iegūstam aprēķināto ūdens masas tilpumu – 109,08 l.

Aprēķinātais dzesēšanas šķidruma ātrums sistēmā ir tieši tas parametrs, kas ļauj izvēlēties noteiktu caurules diametru apkures sistēmai.

To aprēķina pēc šādas formulas:

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

kur:

• W – katla jauda;
• t – piegādātā ūdens temperatūra;
• to – ūdens temperatūra atgaitas kontūrā;
• k – katla lietderības koeficients (0,95 gāzes katlam).

Ievietojot formulā aprēķina datus, iegūstam: (0.86 * 8080 * 0.95)/80-60 = 6601,36/20=330 kg/h. Tādējādi vienas stundas laikā sistēmā pārvietojas 330 l dzesēšanas šķidruma (ūdens), un sistēmas tilpums ir aptuveni 110 l.

Cauruļu diametra noteikšana

Lai galīgi noteiktu apkures cauruļu diametru un biezumu, atliek apspriest jautājumu par siltuma zudumiem.

Maksimālais siltuma daudzums izplūst no telpas caur sienām – līdz 40%, caur logiem – 15%, grīdu – 10%, viss pārējais caur griestiem/jumtu. Dzīvoklim raksturīgi zudumi galvenokārt caur logiem un balkona moduļiem

Pastāv vairāki siltuma zudumu veidi apsildāmās telpās:

1. Plūsmas spiediena zudumi caurulē. Šis parametrs ir tieši proporcionāls īpatnējā berzes zuduma (ko nodrošina ražotājs) reizinājumam ar kopējo caurules garumu. Bet, ņemot vērā pašreizējo uzdevumu, šādus zudumus var neņemt vērā.
2. Spiediena zudumi vietējās cauruļu pretestībās – siltuma izmaksas uz veidgabaliem un iekārtu iekšpusē. Bet, ņemot vērā uzdevuma nosacījumus, nelielu veidgabalu līkumu un radiatoru skaitu, šādus zudumus var atstāt novārtā.
3. Siltuma zudumi atkarībā no dzīvokļa atrašanās vietas. Pastāv vēl viens siltuma izmaksu veids, bet tie vairāk saistīti ar telpas atrašanās vietu attiecībā pret pārējo ēku. Parastam dzīvoklim, kas atrodas mājas vidū un robežojas ar citiem dzīvokļiem no kreisās/labās/augšas/apakšas, siltuma zudumi caur sānu sienām, griestiem un grīdu ir praktiski vienādi ar “0”.

Aprēķinā var ņemt vērā tikai zudumus caur dzīvokļa fasādes daļu – balkonu un kopējās istabas centrālo logu. Bet šis jautājums tiek atrisināts, pievienojot 2-3 sekcijas katram no radiatoriem.

Cauruļu diametra vērtību izvēlas pēc siltumnesēja patēriņa un tā cirkulācijas ātruma apkures maģistrālē

Analizējot iepriekš minēto informāciju, jāatzīmē, ka aprēķinātajam karstā ūdens ātrumam apkures sistēmā ir zināms tabulārais ūdens daļiņu pārvietošanās ātrums attiecībā pret caurules sieniņu horizontālā stāvoklī 0,3-0,7 m/s.

Palīdzībai meistaram piedāvājam tā saukto aprēķinu veikšanas kontrolsarakstu tipiskam apkures sistēmas hidrauliskajam aprēķinam:

• datu vākšana un katla jaudas aprēķins;
• siltumnesēja tilpums un ātrums;
• siltuma zudumi un cauruļu diametrs.

Dažreiz, veicot aprēķinu, var iegūt pietiekami lielu caurules diametru, lai segtu aprēķināto siltumnesēja tilpumu. Šo problēmu var atrisināt, palielinot katla litrāžu vai pievienojot papildu izplešanās tvertni.

Mūsu vietnē ir rakstu bloks, kas veltīts apkures sistēmas aprēķinam, iesakām iepazīties:

1. Siltuma aprēķins apkures sistēmai: kā pareizi aprēķināt slodzi sistēmai
2. Ūdens apkures aprēķins: formulas, noteikumi, izpildes piemēri
3. Ēkas siltumtehniskais aprēķins: aprēķinu veikšanas specifika un formulas + praktiski piemēri

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Dabiskās un piespiedu siltumnesēja cirkulācijas sistēmu īpatnības, priekšrocības un trūkumi apkures sistēmām:

Apkopojot hidrauliskā aprēķina rezultātus, rezultātā esam ieguvuši konkrētus fizikālos raksturlielumus nākotnes apkures sistēmai.

Protams, šī ir vienkāršota aprēķina shēma, kas sniedz aptuvenus datus par hidraulisko aprēķinu tipiskas divistabu dzīvokļa apkures sistēmai.

Vai mēģināt patstāvīgi veikt apkures sistēmas hidraulisko aprēķinu? Vai, iespējams, nepiekrītat izklāstītajam materiālam? Gaidām jūsu komentārus un jautājumus – atgriezeniskās saites bloks atrodas zemāk.