Tính toán thủy lực của hệ thống sưởi ấm bằng một ví dụ cụ thể

Sưởi ấm dựa trên sự tuần hoàn nước nóng là lựa chọn phổ biến nhất để sắp xếp một ngôi nhà riêng.Để phát triển hệ thống thành thạo, cần phải có kết quả phân tích sơ bộ, cái gọi là tính toán thủy lực của hệ thống sưởi, liên kết áp suất trong tất cả các phần của mạng với đường kính của đường ống.

Bài viết trình bày mô tả chi tiết phương pháp tính toán. Để hiểu rõ hơn về thuật toán hành động, chúng tôi đã xem xét quy trình tính toán bằng một ví dụ cụ thể.

Bằng cách tuân thủ trình tự được mô tả, có thể xác định đường kính tối ưu của đường ống, số lượng thiết bị sưởi ấm, công suất nồi hơi và các thông số hệ thống khác cần thiết để bố trí nguồn cung cấp nhiệt riêng lẻ hiệu quả.

Khái niệm tính toán thủy lực

Yếu tố quyết định sự phát triển công nghệ của hệ thống sưởi ấm là việc tiết kiệm năng lượng thông thường. Mong muốn tiết kiệm tiền buộc chúng ta phải cẩn thận hơn trong việc thiết kế, lựa chọn vật liệu, phương pháp lắp đặt và vận hành hệ thống sưởi cho ngôi nhà.

Do đó, nếu bạn quyết định tạo ra một hệ thống sưởi ấm độc đáo và chủ yếu tiết kiệm cho căn hộ hoặc ngôi nhà của mình, thì chúng tôi khuyên bạn nên tự làm quen với các quy tắc tính toán và thiết kế.

Trước khi xác định tính toán thủy lực của hệ thống, bạn cần hiểu rõ ràng rằng hệ thống sưởi ấm riêng lẻ của một căn hộ hoặc ngôi nhà thường được đặt ở vị trí cao hơn so với hệ thống sưởi trung tâm của một tòa nhà lớn.

Hệ thống sưởi ấm cá nhân dựa trên cách tiếp cận cơ bản khác với các khái niệm về nguồn nhiệt và năng lượng.

Bản chất của tính toán thủy lực là tốc độ dòng chất làm mát không được đặt trước với giá trị gần đúng đáng kể với các thông số thực mà được xác định bằng cách liên kết đường kính đường ống với các thông số áp suất trong tất cả các vòng của hệ thống.

Chỉ cần thực hiện một so sánh tầm thường của các hệ thống này theo các thông số sau là đủ.

1. Hệ thống sưởi ấm trung tâm (phòng nồi hơi-nhà ở-căn hộ) dựa trên các loại chất mang năng lượng tiêu chuẩn - than, khí đốt. Trong một hệ thống tự động, bạn có thể sử dụng hầu hết mọi chất có nhiệt đốt cháy riêng cao hoặc sự kết hợp của một số vật liệu lỏng, rắn hoặc dạng hạt.
2. DSP được xây dựng trên các yếu tố thông thường: ống kim loại, pin “vụng về”, van ngắt. Một hệ thống sưởi ấm riêng lẻ cho phép bạn kết hợp nhiều yếu tố khác nhau: bộ tản nhiệt nhiều phần có khả năng truyền nhiệt tốt, bộ điều nhiệt công nghệ cao, các loại ống khác nhau (PVC và đồng), vòi, phích cắm, phụ kiện và tất nhiên là nồi hơi, máy bơm tuần hoàn tiết kiệm hơn của chúng tôi.
3. Nếu bạn đi vào căn hộ của một ngôi nhà bảng điển hình được xây dựng cách đây 20-40 năm, chúng ta thấy rằng hệ thống sưởi ấm có sự hiện diện của một cục pin 7 đoạn dưới cửa sổ trong mỗi phòng của căn hộ cộng với một đường ống thẳng đứng xuyên qua toàn bộ ngôi nhà (riser), nơi bạn có thể “giao tiếp” với những người hàng xóm ở trên/dưới. Hệ thống sưởi ấm tự động (AHS) cho phép bạn xây dựng một hệ thống có độ phức tạp bất kỳ, có tính đến mong muốn cá nhân của cư dân chung cư.
4. Không giống như DSP, một hệ thống sưởi ấm riêng biệt có tính đến một danh sách khá ấn tượng các thông số ảnh hưởng đến việc truyền, tiêu thụ năng lượng và mất nhiệt. Điều kiện nhiệt độ môi trường, phạm vi nhiệt độ yêu cầu trong phòng, diện tích và thể tích của phòng, số lượng cửa sổ và cửa ra vào, mục đích sử dụng của phòng, v.v.

Do đó, tính toán thủy lực của hệ thống sưởi ấm (HRSO) là một tập hợp có điều kiện các đặc tính được tính toán của hệ thống sưởi ấm, cung cấp thông tin toàn diện về các thông số như đường kính ống, số lượng bộ tản nhiệt và van.

Loại tản nhiệt này đã được lắp đặt trong hầu hết các ngôi nhà bảng ở không gian hậu Xô Viết. Tiết kiệm vật liệu và thiếu ý tưởng thiết kế là điều hiển nhiên

GRSO cho phép bạn chọn chính xác máy bơm vòng nước (lò hơi sưởi ấm) để vận chuyển nước nóng đến các bộ phận cuối cùng của hệ thống sưởi ấm (bộ tản nhiệt) và kết quả cuối cùng là có được hệ thống cân bằng nhất, ảnh hưởng trực tiếp đến đầu tư tài chính vào hệ thống sưởi ấm tại nhà .

Một loại tản nhiệt sưởi ấm khác cho DSP. Đây là một sản phẩm linh hoạt hơn có thể có bất kỳ số lượng xương sườn nào. Bằng cách này bạn có thể tăng hoặc giảm diện tích trao đổi nhiệt

Trình tự các bước tính toán

Nói về tính toán của hệ thống sưởi, chúng tôi lưu ý rằng quy trình này gây tranh cãi và quan trọng nhất về mặt thiết kế.

Trước khi thực hiện tính toán, bạn cần thực hiện phân tích sơ bộ về hệ thống trong tương lai, ví dụ:

• thiết lập sự cân bằng nhiệt trong tất cả và cụ thể từng phòng trong căn hộ;
• phê duyệt bộ điều nhiệt, van và bộ điều chỉnh áp suất;
• chọn tản nhiệt, bề mặt trao đổi nhiệt, tấm truyền nhiệt;
• xác định các khu vực của hệ thống có lưu lượng nước làm mát tối đa và tối thiểu.

Ngoài ra, cần xác định sơ đồ chung để vận chuyển chất làm mát: mạch đầy đủ và nhỏ, hệ thống ống đơn hoặc đường ống chính hai ống.

Nhờ tính toán thủy lực, chúng ta thu được một số đặc tính quan trọng của hệ thống thủy lực, giúp trả lời các câu hỏi sau:

• sức mạnh của nguồn sưởi ấm là bao nhiêu;
• tốc độ dòng chảy và tốc độ của chất làm mát là bao nhiêu;
• đường kính yêu cầu của đường ống sưởi ấm chính là bao nhiêu;
• tổn thất nhiệt có thể có và khối lượng của chất làm mát là bao nhiêu.

Một khía cạnh quan trọng khác của tính toán thủy lực là quy trình cân bằng (liên kết) tất cả các bộ phận (nhánh) của hệ thống trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt bằng cách sử dụng các thiết bị điều khiển.

Có một số loại sản phẩm sưởi ấm chính: gang và nhôm nhiều phần, tấm thép, bộ tản nhiệt lưỡng kim và covector. Nhưng phổ biến nhất là tản nhiệt nhôm nhiều phần

Vùng thiết kế của đường ống chính là một phần có đường kính không đổi của đường ống chính, cũng như dòng nước nóng không đổi, được xác định bằng công thức cân bằng nhiệt của các phòng. Việc liệt kê các vùng thiết kế bắt đầu từ máy bơm hoặc nguồn nhiệt.

Ví dụ về điều kiện ban đầu

Để có lời giải thích cụ thể hơn về tất cả các chi tiết tính toán thủy lực, hãy lấy một ví dụ cụ thể về một không gian sống bình thường. Chúng tôi có một căn hộ 2 phòng cổ điển trong một ngôi nhà panel với tổng diện tích 65,54 m2.²bao gồm hai phòng, một nhà bếp, nhà vệ sinh và phòng tắm riêng biệt, hành lang đôi, ban công đôi.

Sau khi vận hành thử, chúng tôi nhận được thông tin sau về mức độ sẵn sàng của căn hộ.Căn hộ được mô tả bao gồm các bức tường làm bằng kết cấu bê tông cốt thép nguyên khối được xử lý bằng bột trét và sơn lót, cửa sổ profile bằng kính hai buồng, cửa nội thất ép, gạch men trên sàn phòng tắm.

Một ngôi nhà 9 tầng điển hình có 4 lối vào. Mỗi tầng có 3 căn hộ: 1 căn 2 phòng và 2 căn 3 phòng. Căn hộ nằm trên tầng năm

Ngoài ra, nhà ở được trình bày đã được trang bị hệ thống dây đồng, bộ phân phối và bảng điều khiển riêng, bếp ga, bồn tắm, chậu rửa mặt, bồn cầu, giá treo khăn tắm và bồn rửa.

Và quan trọng nhất là phòng khách, phòng tắm và nhà bếp đều đã có sẵn bộ tản nhiệt bằng nhôm. Câu hỏi liên quan đến đường ống và nồi hơi vẫn còn bỏ ngỏ.

Cách thu thập dữ liệu

Việc tính toán thủy lực của hệ thống chủ yếu dựa trên các tính toán liên quan đến tính toán sưởi ấm dựa trên diện tích của căn phòng.

Vì vậy, cần phải có những thông tin sau:

• diện tích của từng phòng riêng lẻ;
• kích thước của các đầu nối cửa sổ và cửa ra vào (cửa bên trong thực tế không ảnh hưởng đến việc mất nhiệt);
• điều kiện khí hậu, đặc điểm của vùng.

Chúng ta sẽ tiến hành từ dữ liệu sau. Diện tích phòng sinh hoạt chung - 18,83 m², phòng ngủ - 14,86 m², bếp - 10,46 m², ban công - 7,83 m² (tổng), hành lang - 9,72 m² (số tiền), phòng tắm - 3,60 m², nhà vệ sinh - 1,5 m². Cửa vào - 2,20 m², cửa sổ trưng bày phòng sinh hoạt chung - 8,1 m², cửa sổ phòng ngủ - 1,96 m², cửa sổ bếp - 1,96 m².

Chiều cao tường căn hộ là 2 mét 70 cm, tường ngoài được làm bằng bê tông loại B7 cộng với thạch cao bên trong, dày 300 mm. Tường và vách ngăn bên trong - chịu lực 120 mm, thông thường - 80 mm. Sàn và trần nhà được làm bằng tấm sàn bê tông loại B15, dày 200 mm.

Cách bố trí của căn hộ này tạo cơ hội tạo ra một nhánh sưởi ấm duy nhất đi qua nhà bếp, phòng ngủ và phòng khách, đảm bảo nhiệt độ trung bình 20-22⁰C trong phòng (+)

Còn môi trường thì sao? Căn hộ nằm trong một ngôi nhà nằm giữa một quận nhỏ của một thị trấn nhỏ. Thành phố nằm ở một vùng đất thấp nhất định, độ cao so với mực nước biển 130-150 m, khí hậu lục địa ôn hòa với mùa đông mát mẻ và mùa hè khá ấm áp.

Nhiệt độ trung bình hàng năm là +7,6°C. Nhiệt độ trung bình tháng 1 là -6,6°C, tháng 7 +18,7°C. Gió - 3,5 m/s, độ ẩm không khí trung bình - 74%, lượng mưa 569 mm.

Phân tích các điều kiện khí hậu của khu vực, cần lưu ý rằng chúng ta đang phải đối mặt với nhiều mức nhiệt độ khác nhau, điều này ảnh hưởng đến yêu cầu đặc biệt về điều chỉnh hệ thống sưởi ấm của căn hộ.

Công suất phát nhiệt

Một trong những thành phần chính của hệ thống sưởi ấm là nồi hơi: điện, gas, kết hợp - điều đó không thành vấn đề ở giai đoạn này. Bởi vì đặc tính chính của nó rất quan trọng đối với chúng ta - công suất, tức là lượng năng lượng trên một đơn vị thời gian sẽ được dùng để sưởi ấm.

Công suất của lò hơi được xác định theo công thức dưới đây:

Wboiler = (Sroom*Wshare) / 10,

Ở đâu:

• Thay thế - tổng diện tích của tất cả các phòng cần sưởi ấm;
• Wdel - công suất cụ thể có tính đến điều kiện khí hậu của địa điểm (đó là lý do tại sao cần phải biết khí hậu của khu vực).

Thông thường, đối với các vùng khí hậu khác nhau, chúng tôi có dữ liệu sau:

• khu vực phía bắc — 1,5 — 2 kW/m²;
• khu trung tâm — 1 — 1,5 kW/m²;
• khu vực phía Nam — 0,6 — 1 kW/m².

Những con số này khá độc đoán nhưng vẫn đưa ra câu trả lời bằng số rõ ràng về ảnh hưởng của môi trường đến hệ thống sưởi ấm căn hộ.

Bản đồ này thể hiện các vùng khí hậu có chế độ nhiệt độ khác nhau. Vị trí của nhà ở so với khu vực xác định lượng năng lượng cần tiêu tốn để sưởi ấm một mét vuông kWwatt năng lượng (+)

Diện tích căn hộ cần sưởi ấm bằng tổng diện tích căn hộ và bằng nhau, tức là 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (trừ ban công). Công suất nồi hơi riêng cho khu vực miền Trung có mùa đông lạnh là 1,4 kW/m2. Do đó, trong ví dụ của chúng tôi, công suất tính toán của lò hơi tương đương với 8,08 kW.

Các thông số động của chất làm mát

Chúng ta chuyển sang giai đoạn tính toán tiếp theo - phân tích mức tiêu thụ chất làm mát. Trong hầu hết các trường hợp, hệ thống sưởi ấm của căn hộ khác với các hệ thống khác - điều này là do số lượng tấm sưởi và chiều dài của đường ống. Áp suất được sử dụng như một "động lực" bổ sung cho dòng chảy thẳng đứng qua hệ thống.

Trong các tòa nhà tư nhân một và nhiều tầng, các tòa nhà chung cư cũ, hệ thống sưởi ấm áp suất cao được sử dụng, giúp vận chuyển chất tỏa nhiệt đến tất cả các phần của hệ thống sưởi ấm nhiều vòng phân nhánh và nâng nước lên toàn bộ chiều cao (đến tầng 14) của tòa nhà.

Ngược lại, một căn hộ 2 hoặc 3 phòng thông thường có hệ thống sưởi tự động không có nhiều vòng và nhánh của hệ thống như vậy, nó bao gồm không quá ba mạch.

Điều này có nghĩa là chất làm mát được vận chuyển bằng quá trình dòng nước tự nhiên. Nhưng bạn cũng có thể sử dụng bơm tuần hoàn, hệ thống sưởi được cung cấp bởi nồi hơi gas/điện.

Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng máy bơm tuần hoàn để sưởi ấm các phòng có diện tích lớn hơn 100 m². Máy bơm có thể được lắp đặt trước hoặc sau nồi hơi, nhưng thông thường nó được lắp đặt ở phía "quay trở lại" - nhiệt độ chất lỏng thấp hơn, ít thoáng hơn, tuổi thọ bơm dài hơn

Các chuyên gia trong lĩnh vực thiết kế và lắp đặt hệ thống sưởi xác định hai phương pháp chính trong việc tính toán thể tích chất làm mát:

1. Theo công suất thực tế của hệ thống. Không có ngoại lệ, tất cả các thể tích của các khoang nơi dòng nước nóng sẽ chảy đều được tính tổng: tổng của các phần riêng lẻ của đường ống, các phần của bộ tản nhiệt, v.v. Nhưng đây là một lựa chọn khá tốn nhiều công sức.
2. Theo công suất nồi hơi. Ở đây ý kiến ​​​​của các chuyên gia rất khác nhau, một số cho rằng 10, số khác cho rằng 15 lít trên một đơn vị công suất nồi hơi.

Từ quan điểm thực dụng, bạn cần tính đến thực tế là có thể hệ thống sưởi ấm sẽ không chỉ cung cấp nước nóng cho căn phòng mà còn làm nóng nước cho bồn tắm/vòi sen, chậu rửa, bồn rửa và máy sấy, và có thể cho một mát-xa thủy lực hoặc bể sục. Tùy chọn này đơn giản hơn.

Do đó, trong trường hợp này, chúng tôi khuyên bạn nên đặt 13,5 lít cho mỗi đơn vị công suất. Nhân con số này với công suất nồi hơi (8,08 kW), chúng ta thu được khối lượng nước ước tính - 109,08 lít.

Vận tốc chất làm mát được tính toán trong hệ thống chính xác là thông số cho phép bạn chọn một đường kính ống nhất định cho hệ thống sưởi.

Nó được tính bằng công thức sau:

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

Ở đâu:

• W - công suất nồi hơi;
• t - nhiệt độ của nước được cung cấp;
• ĐẾN - nhiệt độ nước trong mạch hồi lưu;
• k - hiệu suất nồi hơi (0,95 đối với nồi hơi gas).

Thay số liệu tính toán vào công thức, ta có: (0,86 * 8080 * 0,95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h.Như vậy, trong một giờ, 330 lít chất làm mát (nước) di chuyển qua hệ thống và dung tích hệ thống là khoảng 110 lít.

Xác định đường kính ống

Để cuối cùng xác định đường kính và độ dày của ống sưởi, vẫn còn phải thảo luận về vấn đề thất thoát nhiệt.

Lượng nhiệt tối đa thoát khỏi phòng qua tường - lên tới 40%, qua cửa sổ - 15%, sàn nhà - 10%, mọi thứ khác qua trần/mái nhà. Căn hộ có đặc điểm thất thoát chủ yếu qua cửa sổ và mô-đun ban công

Có một số loại mất nhiệt trong phòng được sưởi ấm:

1. Tổn thất áp suất dòng chảy trong ống. Thông số này tỷ lệ thuận với tích của tổn thất ma sát cụ thể bên trong đường ống (do nhà sản xuất cung cấp) và tổng chiều dài của đường ống. Nhưng với nhiệm vụ hiện tại, những mất mát đó có thể bỏ qua.
2. Tổn thất áp suất tại điện trở đường ống cục bộ - chi phí nhiệt tại các phụ kiện và thiết bị bên trong. Nhưng với các điều kiện của vấn đề, một số ít chỗ uốn cong của phụ kiện và số lượng bộ bức xạ, những tổn thất như vậy có thể được bỏ qua.
3. Tổn thất nhiệt theo vị trí căn hộ. Có một loại chi phí nhiệt khác, nhưng nó liên quan nhiều hơn đến vị trí của căn phòng so với phần còn lại của tòa nhà. Đối với một căn hộ thông thường, nằm ở giữa nhà và tiếp giáp với các căn hộ khác ở bên trái/phải/trên/dưới, tổn thất nhiệt qua tường bên, trần và sàn gần như bằng “0”.

Bạn chỉ có thể tính đến tổn thất qua phần phía trước của căn hộ - ban công và cửa sổ trung tâm của phòng sinh hoạt chung. Nhưng vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách thêm 2-3 phần vào mỗi bộ tản nhiệt.

Đường kính ống được chọn theo tốc độ dòng chất làm mát và tốc độ lưu thông của nó trong hệ thống sưởi chính

Phân tích các thông tin trên, điều đáng chú ý là đối với tốc độ tính toán của nước nóng trong hệ thống sưởi ấm, bảng tốc độ chuyển động của các hạt nước so với thành ống ở vị trí nằm ngang được biết là 0,3-0,7 m/s.

Để giúp chủ nhân, chúng tôi trình bày cái gọi là danh sách kiểm tra để thực hiện các phép tính cho phép tính thủy lực điển hình của hệ thống sưởi:

• thu thập số liệu và tính toán công suất lò hơi;
• khối lượng và tốc độ làm mát;
• tổn thất nhiệt và đường kính ống.

Đôi khi, khi tính toán, bạn có thể lấy được đường kính ống đủ lớn để bao phủ thể tích chất làm mát đã tính toán. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách tăng thể tích nồi hơi hoặc bổ sung thêm một bể giãn nở.

Trên trang web của chúng tôi có một khối bài viết dành cho việc tính toán hệ thống sưởi ấm, chúng tôi khuyên bạn nên đọc:

1. Tính toán nhiệt của hệ thống sưởi: cách tính toán chính xác tải trên hệ thống
2. Tính toán sưởi ấm nước: công thức, quy tắc, ví dụ thực hiện
3. Tính toán kỹ thuật nhiệt của tòa nhà: chi tiết cụ thể và công thức thực hiện tính toán + ví dụ thực tế

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Đặc điểm, ưu điểm và nhược điểm của hệ thống tuần hoàn chất làm mát tự nhiên và cưỡng bức cho hệ thống sưởi:

Tóm tắt các tính toán thủy lực, kết quả là các đặc tính vật lý cụ thể của hệ thống sưởi ấm trong tương lai.

Đương nhiên, đây là sơ đồ tính toán đơn giản hóa cung cấp dữ liệu gần đúng về tính toán thủy lực cho hệ thống sưởi ấm của một căn hộ hai phòng điển hình.

Bạn đang cố gắng tự mình thực hiện tính toán thủy lực cho hệ thống sưởi ấm của mình? Hoặc có thể bạn không đồng ý với tài liệu được trình bày? Chúng tôi đang chờ ý kiến ​​​​và câu hỏi của bạn - khối phản hồi nằm bên dưới.