Распределение расхода и тепла по трубам
В данной статье мы рассмотрим способы, как считать расходы в трубопроводе для того, чтобы вычислить необходимое поступление теплоносителя по трубопроводу.
Рассмотрим с начало последовательное соединение, а потом рассмотрим схемы, при котором идет разветвление (разделение потоков) трубопроводов и как в таком случае рассчитать расход.
Задачи с цифрами и формулами будут ниже.
Если схема имеет одну ветку, один трубопровод по кольцу. Смотри изображение.
В таких схемах все сопротивления складываются, и в зависимости от сопротивления находится расход в трубопроводе.
Решим задачку по нахождению сопротивления в одной ветке.
Задача 1.
Смотри изображение.
В данной схеме радиатор и теплый пол соединены — последовательно. В данном случае сопротивление теплого пола складываются с сопротивлением радиатора. То есть общее сопротивление равно всей сумме всех сопротивлений на всем кольце.
Для параллельной схемы расчет немного другой. Об этом ниже…
Трубы везде металлопластиковые диаметром 16мм по наружке.
Дано:
Длина трубы теплого пола 40 м.
Длина остального трубопровода 2м.
Плавных поворотов в теплом поле 90 градусов соответствует: 28 шт.
Резких поворотов 90 градусов составляет: 5 шт.
Вход в радиатор — резкое расширение: 1шт.
Выход из радиатора — резкое сужение: 1шт.
Теплоноситель: Вода, температурой 60 градусов. На выходе нужно получить минимум 40 градусов.
Теплый пол должен потреблять 500 Вт на 40 метров трубы.
Радиатор должен потреблять 1000 Вт.
Теплоноситель: Вода.
Решение.
Чтобы решать задачи по гидравлике я разработал специальный калькулятор расчетов по нахождению гидравлического сопротивления, более детально о том, как находить гидравлическое сопротивление с помощью калькулятора объясняется здесь:
Расчет гидравлического сопротивления в системе отопления
Для решения воспользуемся специальным калькулятором, который поможет найти гидравлическое сопротивление по всей длине трубопровода.
Скачать калькулятор, программу.
Внутренний диаметр 0,012м
Длина трубы 40+2=42метра
При расходе в 2 литра в минуту сопротивление равно 0,66 метров.
Далее необходимо посчитать, какой расход нужен для данной схемы
Для решения расходов в трубопроводе использована эта статья:
Законы переноса тепла по трубам
Предположим, что в теплый пол необходимо поступление теплоносителя температурой 50 градусов, тогда в радиаторе должно теряться 10 градусов.
О том, как точнее посчитать теплопотери радиатора описано в этой статье:
Расчет потерь тепла через радиатор
Если в радиатор поступает теплоноситель с температурой 60 градусов, а выходит из радиатора с температурой 50 градусов и потребляет данный радиатор 1000 Вт, то согласно расчету:
Ответ: Расход в радиаторе достаточно создать 1,4 литра в минуту.
Теперь посчитаем расход в теплом поле.
Поэтому выбираем для всей ветки самый максимальный расход в 1,4 л/мин.
Т3 — это разница между температурой подачи и обратки.
Если принять теряемую температуру в теплом поле равной 5 градусам.
Не трудно догадаться, что при указанных тепловых потерях (1500Вт) и расходе в 1,4 л/м, температура на выходе из теплого пола будет равна 45 градусам, если на вход в радиатор будет поступать температура в 60 градусов. То есть в радиаторе будет теряться 10 градусов, а в теплом поле 5 градусов.
В теплый период как обычно теплопотери минимальны, то и температура теплоносителя будет куда меньше теряться.
Теперь давайте посчитаем, какое будет сопротивление при расходе в 1,4 литр/минута.
Ответ при расходе 1,4 л/м, сопротивление в трубопроводе равно 0,35 метров.
О том, как подобрать насос для системы отопления, описано в этой статье:
Подбираем циркуляционный насос для отопления
Задача 2.
Во второй задачи мы рассмотрим схему с разделением потоков. Смотри изображение.
Сопротивление на тройниках пока рассматривать не будем, так как расчет в тройниках очень непредсказуемый и влияет от распределения расходов и поворотов потока.
Давайте рассмотрим данную схему как бы конкретнее по блокам.
К блоку (сопротивление 1) относится короткий трубопровод 1 метр и три отвода 90 градусов.
К блоку (сопротивление 2) относится радиатор, труба 2метра, и его расширение и сужение на входе.
К блоку (сопротивление 3) относится теплый пол длиной 40 метров и 30 плавных поворотов 90 градусов.
Соответственно расходы для каждого отдельного сопротивления будут разными, если конечно (сопротивление 2) не равно (сопротивлению 3).
(Расход 1)=(Расход 2)+(Расход 3)
Рассмотрим (расход 2) и (расход 3)
Если (сопротивление 2) будет меньше (сопротивление 3), то (расход 2) будет больше (расхода 3)
То есть (сопротивление 2) (расход 3)
Для расчета необходимо задать (расход 1), он будет равен 6 л/м.
Необходимо примерно задать расход2, применим 5 л/м.
Применить расход 5 л/м на ветку с наименьшим (сопротивлением 2).
Согласно калькулятору расчета, составило: 0,16 м.
Далее необходимо найти (расход 3) подставляя расход такой, чтобы (сопротивление 3) было равным: 0,16 м. Грубо говоря необходимо сделать (сопротивление2) и (сопротивление3) равными.
(Сопротивление2) = (Сопротивление3)
(Расход 1)=(Расход 2)+(Расход 3)
Я подставил расход: 0,96 л/м.
Согласно калькулятору расчета, составило: 0,1613 м = 0,16м.
Расчет показал:
Расход 3 = 0,96 л/м
Расход 1 = Расход 2 + Расход 3
Расход 1 = 5 + 0,96 = 5,96 л/м
Расход 1 должен быть равен 6 л/м. Другими словами нужно подобрать такое сопротивление, чтобы сумма всех расходов была равна 6 литрам в минуту.
(Сопротивление 2) и (сопротивление 3) можно принять одним (сопротивлением 4) упростив схему по блокам. Смотри изображение.
(Сопротивление 4) = (Сопротивление 2) = (сопротивление 3)
(Общее сопротивление) = (Сопротивление 1) + (сопротивление 4)
Для того чтобы увеличить расход в теплом поле достаточно на вход радиатора присоединить термостатический клапан, который создаст более ощутимое местное сопротивление.
Задача 3.
Решим более сложную задачу с коллекторным распределением на три контура.
Сам коллектор позволяет или предназначен равномерно распределять потоки по контурам. То есть коллектор не создает внутри себя местное сопротивление на определенный контур. Все контура в коллекторе имеют одинаковое сопротивление. В обычных тройниках возникает ускоренные потоки, которые влияют на контур. Коллектор же имеет более повышенный диаметр и из-за этого скорость в коллекторе резко уменьшается и увеличивается благоприятное распределение потока.
Рассмотрим схему
Приведем данную схему в блочный вид:
Дано:
(Сопротивление 2) Труба 40 метров, плавные повороты 28шт, сужение и расширение с коллектора на трубу.
(Сопротивление 3) Труба 20 метров, плавные повороты 17шт, сужение и расширение с коллектора на трубу.
(Сопротивление 4) Труба 10 метров, плавные повороты 9шт, сужение и расширение с коллектора на трубу.
Температура теплоносителя 40 градусов.
Вид теплоносителя: Вода.
Трубы из металлопластиковой трубы с внутренним диаметром 12мм.
Решение.
Как обычно, задаем необходимый расход. Он будет равен 10 литрам в минуту.
Данный расход немного уменьшим (сделаем равным 7л/м) и применим для короткого контура теплого пола (сопротивление4). То есть, вводим расход 7 л/м. А длину трубы 10 метров. Плавных поворотов 9шт.
Считаем сопротивление с помощью калькулятора
Расчет показал: 1,43 метров.
Далее это сопротивление должно быть на двух других контурах. То есть нужно найти расход для двух других ветках, при установленных сопротивлениях (1,43м.).
(Сопротивление2) = (Сопротивление3) = (Сопротивление4)
(Расход 1)=(Расход 2)+(Расход 3)+(Расход 4)
Расчет показал:
Расход 2 = 3,32 л/м
Расход 3 = 4,78 л/м
Расход 1 = Расход 2 + Расход 3 + Расход 4
Расход 1 = 7 + 3,32+4,78 = 15,1
Расход 1 должен быть равен 10 л/м. Другими словами нужно подобрать такое сопротивление, чтобы сумма всех расходов была равна 10 литрам в минуту.
Расход 4 сделаем равным 5л/м
Расчет показал: 0,78 метров.
Расход 2 = 2,36 л/м
Расход 3 = 3,46 л/м
Расход 1 = Расход 2 + Расход 3 + Расход 4
Расход 1 = 5 + 2,36 +3,46 = 10,82 л/м
Сделаем чуть поточнее…
Расход 4 сделаем равным 4,5 л/м
Расчет показал: 0,65 метров.
Расход 2 = 2,13 л/м
Расход 3 = 3,12 л/м
Расход 1 = Расход 2 + Расход 3 + Расход 4
Расход 1 = 4,5 + 2,13 +3,12 = 9,75 л/м
Ответ: При расходе 10 л/м сопротивление на трех контурах составляет 0,65м.
Расход 2 = 2,13 л/м
Расход 3 = 3,12 л/м
Расход 4 = 4,5 л/м
Данные параллельные контура можно привести к одному сопротивлению.
(Сопротивление5)=(Сопротивление2)=(Сопротивление3)=(Сопротивление4)
(Общее сопротивление) = (Сопротивление 1) + (сопротивление 5)
На этом статья закончена, пишите вопросы, обязательно отвечу!
По данному алгоритму можно виртуально рассчитать гидравлическое сопротивление на всю систему отопления, а потом подобрать циркуляционный насос.
Это статья является частью системы: Конструктор водяного отопления.
В разделе ремонт отопления, можете подробно ознакомиться с нашими услугами. Что мы делаем:
- работаем круглосуточно;
- собственная аварийная служба;
- большое количество офисов по Москве и Московской области;
- используем только профессиональный инструмент;
- гарантия на выполненные работы;
- сервисное обслуживание систем отопления.
ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ
Надежный помощник по ремонту отопления.
+7(495)744-67-74
Рассчитать стоимость отопления можно в разделе калькулятор отопления
Узнать подробнее про водоснабжение
Ознакомиться с котельными тут