Calcolo idraulico di un sistema di riscaldamento utilizzando un esempio specifico

Il riscaldamento basato sulla circolazione dell'acqua calda è l'opzione più comune per organizzare una casa privata.Per uno sviluppo competente del sistema, è necessario disporre dei risultati dell'analisi preliminare, il cosiddetto calcolo idraulico dell'impianto di riscaldamento, che collega la pressione in tutte le sezioni della rete con i diametri dei tubi.

L'articolo presentato descrive in dettaglio la metodologia di calcolo. Per comprendere meglio l'algoritmo delle azioni, abbiamo esaminato la procedura di calcolo utilizzando un esempio specifico.

Seguendo la sequenza descritta, sarà possibile determinare il diametro ottimale della tubazione, il numero di dispositivi di riscaldamento, la potenza della caldaia e altri parametri di sistema necessari per organizzare un'efficace fornitura di calore individuale.

Concetto di calcolo idraulico

Il fattore determinante nello sviluppo tecnologico dei sistemi di riscaldamento è stato il consueto risparmio energetico. Il desiderio di risparmiare ci costringe ad adottare un approccio più attento alla progettazione, alla selezione dei materiali, ai metodi di installazione e al funzionamento del riscaldamento domestico.

Pertanto, se decidi di creare un sistema di riscaldamento unico e soprattutto economico per il tuo appartamento o casa, ti consigliamo di familiarizzare con le regole di calcolo e progettazione.

Prima di definire il calcolo idraulico del sistema, è necessario comprendere chiaramente e chiaramente che il sistema di riscaldamento individuale di un appartamento o di una casa si trova, convenzionalmente, un ordine di grandezza più alto rispetto al sistema di riscaldamento centralizzato di un grande edificio.

Un sistema di riscaldamento personale si basa su un approccio fondamentalmente diverso ai concetti di risorse di calore ed energia.

L'essenza del calcolo idraulico è che la portata del liquido di raffreddamento non viene impostata in anticipo con un'approssimazione significativa ai parametri reali, ma viene determinata collegando i diametri delle tubazioni con i parametri di pressione in tutti gli anelli del sistema

È sufficiente effettuare un banale confronto di questi sistemi secondo i seguenti parametri.

1. Il sistema di riscaldamento centralizzato (caldaia-casa-appartamento) si basa su tipi standard di vettori energetici: carbone, gas. In un sistema autonomo, è possibile utilizzare quasi tutte le sostanze che hanno un elevato calore specifico di combustione o una combinazione di diversi materiali liquidi, solidi o granulari.
2. Il DSP è costruito su elementi ordinari: tubi metallici, batterie “goffe”, valvole di intercettazione. Un sistema di riscaldamento individuale consente di combinare una varietà di elementi: radiatori multisezione con un buon trasferimento di calore, termostati ad alta tecnologia, diversi tipi di tubi (PVC e rame), rubinetti, tappi, raccordi e ovviamente le nostre caldaie più economiche, pompe di circolazione.
3. Se entri nell'appartamento di una tipica casa a pannelli costruita 20-40 anni fa, vediamo che il sistema di riscaldamento si riduce alla presenza di una batteria a 7 sezioni sotto la finestra in ogni stanza dell'appartamento più un tubo verticale attraverso il tutta la casa (montante), con la quale è possibile “comunicare” con i vicini sopra/sotto. Un sistema di riscaldamento autonomo (AHS) consente di costruire un sistema di qualsiasi complessità, tenendo conto dei desideri individuali dei residenti dell'appartamento.
4. A differenza di un DSP, un sistema di riscaldamento separato tiene conto di un elenco piuttosto impressionante di parametri che influenzano il trasferimento, il consumo di energia e la perdita di calore. Condizioni di temperatura ambiente, intervallo di temperatura richiesto nelle stanze, area e volume della stanza, numero di finestre e porte, scopo delle stanze, ecc.

Pertanto, il calcolo idraulico del sistema di riscaldamento (HRSO) è un insieme condizionale di caratteristiche calcolate del sistema di riscaldamento, che fornisce informazioni complete su parametri quali diametro del tubo, numero di radiatori e valvole.

Questo tipo di radiatore è stato installato nella maggior parte delle case a pannelli nello spazio post-sovietico. Il risparmio sui materiali e la mancanza di idee progettuali sono evidenti

GRSO consente di selezionare correttamente una pompa ad anello d'acqua (caldaia di riscaldamento) per il trasporto di acqua calda agli elementi finali dell'impianto di riscaldamento (radiatori) e, come risultato finale, di avere il sistema più equilibrato, che incide direttamente sugli investimenti finanziari nel riscaldamento domestico .

Un altro tipo di radiatore di riscaldamento per DSP. Questo è un prodotto più versatile che può avere qualsiasi numero di nervature. In questo modo è possibile aumentare o diminuire l'area di scambio termico

Sequenza dei passaggi di calcolo

Parlando del calcolo del sistema di riscaldamento, notiamo che questa procedura è la più controversa e importante in termini di progettazione.

Prima di eseguire il calcolo, è necessario eseguire un'analisi preliminare del sistema futuro, ad esempio:

• stabilire un equilibrio termico in tutte e specificamente ciascuna stanza dell'appartamento;
• approvare termostati, valvole e regolatori di pressione;
• scegli i radiatori, superfici di scambio termico, pannelli di scambio termico;
• determinare le aree del sistema con il flusso di refrigerante massimo e minimo.

Inoltre, è necessario determinare lo schema generale per il trasporto del liquido di raffreddamento: circuito pieno e piccolo, sistema a tubo singolo O principale a due tubi.

Come risultato del calcolo idraulico, otteniamo diverse caratteristiche importanti del sistema idraulico, che forniscono risposte alle seguenti domande:

• quale dovrebbe essere la potenza della fonte di riscaldamento;
• qual è la portata e la velocità del liquido di raffreddamento;
• qual è il diametro richiesto della tubazione di riscaldamento principale;
• quali sono le possibili perdite di calore e la massa del liquido refrigerante stesso.

Un altro aspetto importante del calcolo idraulico è la procedura per bilanciare (collegare) tutte le parti (rami) del sistema in condizioni termiche estreme utilizzando dispositivi di controllo.

Esistono diverse tipologie principali di prodotti per il riscaldamento: multisezione in ghisa e alluminio, pannelli in acciaio, radiatori bimetallici e covettori. Ma i più comuni sono i radiatori multisezione in alluminio

La zona di progettazione della conduttura principale è una sezione con un diametro costante della conduttura stessa, nonché un flusso costante di acqua calda, che è determinato dalla formula per il bilancio termico delle stanze. L'elenco delle zone di progettazione inizia dalla pompa o dalla fonte di calore.

Condizioni iniziali di esempio

Per una spiegazione più specifica di tutti i dettagli del calcolo idraulico, prendiamo un esempio concreto di un normale spazio abitativo. Disponiamo di un classico appartamento di 2 locali in una casa a pannelli con una superficie totale di 65,54 m2.²che comprende due stanze, una cucina, WC e bagno separati, doppio corridoio, doppio balcone.

Dopo la messa in servizio, abbiamo ricevuto le seguenti informazioni relative alla disponibilità dell'appartamento.L'appartamento descritto comprende pareti costituite da strutture monolitiche in cemento armato trattato con mastice e primer, finestre profilate con vetro a doppia camera, porte interne pressate, piastrelle in ceramica sul pavimento del bagno.

Una tipica casa a pannelli di 9 piani con quattro ingressi. Ci sono 3 appartamenti su ogni piano: un bilocale e due trilocali. L'appartamento si trova al quinto piano

Inoltre, l'alloggiamento presentato è già dotato di cablaggio in rame, distributori e pannello separato, fornello a gas, vasca da bagno, lavabo, wc, portasciugamani riscaldato e lavandino.

E, soprattutto, i soggiorni, il bagno e la cucina sono già dotati di radiatori per il riscaldamento in alluminio. Resta aperta la questione relativa alle tubazioni e alla caldaia.

Come vengono raccolti i dati

Il calcolo idraulico dell'impianto si basa per lo più su calcoli legati al calcolo del riscaldamento in base all'area della stanza.

Pertanto è necessario avere le seguenti informazioni:

• l'area di ogni singola stanza;
• dimensioni dei connettori per finestre e porte (le porte interne non hanno praticamente alcun effetto sulla perdita di calore);
• condizioni climatiche, caratteristiche della regione.

Procederemo dai dati seguenti. Area sala comune - 18,83 m², camera da letto - 14,86 mq², cucina - 10,46 mq², balcone - 7,83 mq² (somma), corridoio - 9,72 m² (importo), bagno - 3,60 mq², WC - 1,5 m². Porte d'ingresso - 2,20 m², vetrina della sala comune - 8,1 m², finestra della camera da letto - 1,96 m², finestra della cucina - 1,96 m².

L'altezza delle pareti dell'appartamento è di 2 metri e 70 cm, le pareti esterne sono in calcestruzzo di classe B7 più intonaco interno, spessore 300 mm. Pareti interne e pareti divisorie - portanti 120 mm, ordinarie - 80 mm. Il pavimento e, di conseguenza, il soffitto sono realizzati con solai in cemento di classe B15, spessore 200 mm.

La disposizione di questo appartamento prevede la possibilità di realizzare un unico ramo di riscaldamento passante per cucina, camera da letto e soggiorno, che garantirà negli ambienti una temperatura media di 20-22⁰C (+)

E l'ambiente? L'appartamento si trova in una casa situata nel mezzo di un microdistretto di una piccola città. La città si trova in una certa pianura, l'altitudine sul livello del mare è di 130-150 m, il clima è continentale moderato con inverni freddi ed estati abbastanza calde.

La temperatura media annuale è di +7,6°C. La temperatura media in gennaio è di -6,6°C, in luglio di +18,7°C. Vento - 3,5 m/s, umidità media dell'aria - 74%, precipitazioni 569 mm.

Analizzando le condizioni climatiche della regione, va notato che abbiamo a che fare con un ampio intervallo di temperature, che a sua volta influisce sui requisiti speciali per la regolazione del sistema di riscaldamento dell'appartamento.

Potenza del generatore di calore

Uno dei componenti principali dell'impianto di riscaldamento è la caldaia: elettrica, a gas, combinata: in questa fase non ha importanza. Perché per noi è importante la sua caratteristica principale: la potenza, ovvero la quantità di energia per unità di tempo che verrà spesa per il riscaldamento.

La potenza della caldaia stessa è determinata dalla formula seguente:

Wcaldaia = (Sroom*Wshare) / 10,

Dove:

• Luogo - la somma delle superfici di tutti gli ambienti che necessitano di riscaldamento;
• Wdel — potenza specifica che tenga conto delle condizioni climatiche del luogo (ecco perché era necessario conoscere il clima della regione).

Tipicamente, per le diverse zone climatiche abbiamo i seguenti dati:

• regioni settentrionali — 1,5 — 2 kW/mq²;
• zona centrale — 1 — 1,5 kW/m²;
• regioni meridionali — 0,6 — 1 kW/m².

Queste cifre sono abbastanza arbitrarie, ma forniscono comunque una chiara risposta numerica riguardo all'influenza dell'ambiente sul sistema di riscaldamento dell'appartamento.

Questa mappa mostra le zone climatiche con diversi regimi di temperatura. La posizione dell'abitazione rispetto alla zona determina la quantità di energia necessaria per riscaldare un metro quadrato di kWatt di energia (+)

La superficie dell'appartamento da riscaldare è pari alla superficie totale dell'appartamento ed è pari a 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (meno il balcone). La potenza specifica della caldaia per la regione centrale con inverni freddi è di 1,4 kW/m2. Pertanto, nel nostro esempio, la potenza calcolata della caldaia di riscaldamento equivale a 8,08 kW.

Parametri dinamici del liquido di raffreddamento

Passiamo alla fase successiva dei calcoli: analisi del consumo di liquido di raffreddamento. Nella maggior parte dei casi, il sistema di riscaldamento di un appartamento differisce dagli altri sistemi: ciò è dovuto al numero di pannelli riscaldanti e alla lunghezza della tubazione. La pressione viene utilizzata come "forza motrice" aggiuntiva per il flusso verticale attraverso il sistema.

Negli edifici privati ​​a uno e più piani, vecchi condomini a pannelli, vengono utilizzati sistemi di riscaldamento ad alta pressione, che consentono di trasportare la sostanza che rilascia calore in tutte le sezioni del sistema di riscaldamento ramificato a più anelli e sollevare l'acqua fino tutta l'altezza (fino al 14° piano) dell'edificio.

Al contrario, un normale appartamento di 2 o 3 locali con riscaldamento autonomo non ha una tale varietà di anelli e diramazioni dell'impianto, comprende non più di tre circuiti.

Ciò significa che il liquido refrigerante viene trasportato utilizzando il processo naturale del flusso dell'acqua. Ma puoi anche usare pompe di circolazione, il riscaldamento è fornito da caldaia a gas/elettrica.

Si consiglia di utilizzare una pompa di circolazione per riscaldare ambienti di dimensioni superiori a 100 m². La pompa può essere installata sia prima che dopo la caldaia, ma solitamente è installata sul lato di “ritorno”: temperatura del fluido più bassa, minore ariosità, maggiore durata della pompa

Gli specialisti nel campo della progettazione e installazione di sistemi di riscaldamento definiscono due approcci principali in termini di calcolo del volume del liquido di raffreddamento:

1. In base alla capacità effettiva del sistema. Senza eccezione, vengono sommati tutti i volumi delle cavità in cui scorrerà il flusso di acqua calda: la somma delle singole sezioni di tubi, sezioni di radiatori, ecc. Ma questa è un'opzione piuttosto laboriosa.
2. In base alla potenza della caldaia. Qui le opinioni degli esperti differiscono molto, alcuni dicono 10, altri 15 litri per unità di potenza della caldaia.

Da un punto di vista pragmatico, bisogna tenere conto del fatto che probabilmente il sistema di riscaldamento non solo fornirà acqua calda per la stanza, ma scalderà anche l'acqua per la vasca/doccia, il lavandino, il lavandino e l'asciugatrice, e forse per un idromassaggio o jacuzzi. Questa opzione è più semplice.

Consigliamo quindi in questo caso di impostare 13,5 litri per unità di potenza. Moltiplicando questo numero per la potenza della caldaia (8,08 kW) otteniamo il volume stimato della massa d'acqua: 109,08 litri.

La velocità calcolata del liquido di raffreddamento nel sistema è proprio il parametro che consente di selezionare un determinato diametro del tubo per l'impianto di riscaldamento.

Si calcola utilizzando la seguente formula:

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

Dove:

• W — potenza della caldaia;
• T — temperatura dell'acqua fornita;
• A — temperatura dell'acqua nel circuito di ritorno;
• K — rendimento della caldaia (0,95 per una caldaia a gas).

Sostituendo nella formula i dati calcolati abbiamo: (0,86 * 8080 * 0,95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h.Pertanto, in un'ora, 330 litri di liquido refrigerante (acqua) si muovono attraverso il sistema e la capacità del sistema è di circa 110 litri.

Determinazione del diametro del tubo

Per determinare definitivamente il diametro e lo spessore dei tubi del riscaldamento, resta da discutere la questione della perdita di calore.

La quantità massima di calore fuoriesce dalla stanza attraverso le pareti - fino al 40%, attraverso le finestre - 15%, dal pavimento - 10%, tutto il resto attraverso il soffitto/tetto. L'appartamento è caratterizzato da perdite prevalentemente dovute a finestre e moduli balcone

Esistono diversi tipi di perdita di calore negli ambienti riscaldati:

1. Perdita di pressione del flusso del tubo. Questo parametro è direttamente proporzionale al prodotto tra la perdita di attrito specifica all'interno del tubo (fornita dal produttore) e la lunghezza totale del tubo. Ma dato il compito attuale, tali perdite possono essere ignorate.
2. Perdita di pressione alle resistenze locali del tubo — costi di riscaldamento degli impianti e delle apparecchiature interne. Ma date le condizioni del problema, un numero limitato di curve di raccordo e il numero di radiatori, tali perdite possono essere trascurate.
3. Perdita di calore in base all'ubicazione dell'appartamento. Esiste un altro tipo di costo termico, ma è più legato alla posizione della stanza rispetto al resto dell'edificio. Per un appartamento normale, che si trova al centro della casa e confina con altri appartamenti a sinistra/destra/in alto/in basso, le perdite di calore attraverso le pareti laterali, il soffitto e il pavimento sono quasi pari a “0”.

Puoi prendere in considerazione solo le perdite attraverso la parte anteriore dell'appartamento: il balcone e la finestra centrale della sala comune. Ma questo problema può essere risolto aggiungendo 2-3 sezioni a ciascuno dei radiatori.

Il diametro del tubo viene selezionato in base alla portata del liquido di raffreddamento e alla velocità della sua circolazione nella rete di riscaldamento

Analizzando le informazioni di cui sopra, vale la pena notare che per la velocità calcolata dell'acqua calda nell'impianto di riscaldamento, è noto che la velocità del movimento delle particelle d'acqua sulla tavola rispetto alla parete del tubo in posizione orizzontale è 0,3-0,7 m/s.

Per aiutare il master, presentiamo la cosiddetta lista di controllo per l'esecuzione di calcoli per un tipico calcolo idraulico di un sistema di riscaldamento:

• raccolta dati e calcolo della potenza della caldaia;
• volume e velocità del liquido refrigerante;
• perdita di calore e diametro del tubo.

A volte, quando si eseguono i calcoli, è possibile ottenere un diametro del tubo sufficientemente grande da coprire il volume calcolato di refrigerante. Questo problema può essere risolto aumentando la cilindrata della caldaia o aggiungendo un ulteriore vaso di espansione.

Sul nostro sito è presente un blocco di articoli dedicati al calcolo dell'impianto di riscaldamento, vi consigliamo di leggere:

1. Calcolo termico di un impianto di riscaldamento: come calcolare correttamente il carico dell'impianto
2. Calcolo del riscaldamento dell'acqua: formule, regole, esempi di attuazione
3. Calcolo termotecnico di un edificio: specifiche e formule per eseguire i calcoli + esempi pratici

Conclusioni e video utile sull'argomento

Caratteristiche, vantaggi e svantaggi dei sistemi di circolazione del refrigerante naturale e forzata per gli impianti di riscaldamento:

Riassumendo i calcoli idraulici, il risultato sono le caratteristiche fisiche specifiche del futuro sistema di riscaldamento.

Naturalmente si tratta di uno schema di calcolo semplificato che fornisce dati approssimativi relativi ai calcoli idraulici per l'impianto di riscaldamento di un tipico bilocale.

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