Ważnym punktem przy obliczaniu systemu grzewczego jest wybór średnicy rury. Pod uwagę bierze się szereg czynników, w zależności od rodzaju podłączenia elementów grzejnych, wymaganej mocy systemu, parametrów kotła itp. Obliczanie średnicy rur do ogrzewania z naturalnym obiegiem należy rozpocząć od wyboru konkretnej metody podłączenia systemu i jego głównych parametrów. W trakcie obliczeń możliwe będzie wyciągnięcie wniosków na temat celowości zastosowania danej średnicy lub dostosowanie parametrów systemu ze względów ekonomicznych, technologicznych, a nawet estetycznych.
Co jest brane pod uwagę przy obliczaniu
Główne kryteria, które należy wziąć pod uwagę:
- objętość płynu chłodzącego wystarczająca do napełnienia układu;
- długość obwodu grzewczego;
- znamionowe natężenie przepływu chłodziwa;
- wymagana wydajność, kW;
- ciśnienie cyrkulacyjne;
- rezystancja rur i kształtek w obiegu grzewczym.
Dla każdego parametru istnieje zakres dopuszczalnych wartości. W obliczeniach należy podać taki wymiar rury instalacji grzewczej, który spełnia wszystkie wymagania i zapewnia optymalne parametry.
Obliczenia odnoszą się do średnicy wewnętrznej. Po otrzymaniu żądanego rozmiaru wybiera się odpowiedni nominał, który jest dostępny w handlu, a następnie dobiera się materiał. Od tego zależy grubość ścianki, średnica zewnętrzna i wygląd.
Parametry grzewcze stosowane do obliczania średnicy rury
- objętość obiegu grzewczego;
- prędkość ruchu chłodziwa;
- pojemność cieplna;
- różnica ciśnień między gorącym i schłodzonym płynem chłodzącym;
- wysokość konturu.
Objętość cieczy w układzie z naturalnym obiegiem sama w sobie nie odgrywa kluczowej roli. Im więcej chłodziwa, tym więcej paliwa zużywa się na ogrzewanie, jednak ze względu na zwiększoną objętość wzrasta ciśnienie w obiegu, co przyczynia się do wzrostu wydajności ogrzewania.
Średnicę rur do ogrzewania z naturalnym obiegiem wybiera się tak dużą, jak to możliwe. Zwłaszcza, gdy nie ma możliwości zwiększenia całkowitej wysokości konturu.
Należy tak rozprowadzić rury i grzejniki, aby skrócić drogę od kotła do grzejnika. Zbyt długie przewody zasilające, choć zapewnią większe ciśnienie w systemie, będą jednak zmniejszać efektywność ogrzewania w jego odległych punktach. W tym przypadku wpływ ma tylko wysokość witryny.
Prędkość płynu jest ograniczona do 0,4-0,6 m/s, co zmniejszy opór w rurach do minimum. Wskazane jest utrzymanie przejściowego rodzaju ruchu wody w rurach pomiędzy laminarnym (jednorodnym) a turbulentnym (z turbulencją).
Wymaganą moc oblicza się ze wzoru:
Qt = V*dt*k/860,
gdzie V to objętość pomieszczenia w metrach sześciennych, dt to różnica temperatur między ulicą a pomieszczeniem, k to współczynnik strat ciepła przez przegrodę budynku. Jest to przybliżony wzór obliczeniowy.
Przy naturalnym krążeniu ważne jest ciśnienie krążenia. Ciecz porusza się wyłącznie pod wpływem grawitacji. Gorący płyn chłodzący dostaje się do rur znajdujących się nad kotłem, na przykład pod stropem lub na strychu. Grzejniki przekazują ciepło do powietrza w pomieszczeniu. Zimna woda ma większą gęstość i jest cięższa od gorącej wody, dlatego tonie, tworząc naturalny przepływ, wpływając do kotła, gdzie jest ponownie podgrzewana, tworząc nieprzerwany obieg
Podstawowy wzór na naturalne ciśnienie krążenia:
Δpт= h*g*(ρot – ρpt),
gdzie h to wysokość w metrach, g to przyspieszenie ziemskie, ρpt i ρot to średnia gęstość wody w rurociągach zasilającym i powrotnym.
Głównym parametrem wpływającym na efektywność ogrzewania jest wysokość poziomu wody w instalacji, czyli różnica poziomów dopływu i odpływu wody z grzejnika. To ona ustawia niezbędne ciśnienie cyrkulacyjne pod wpływem grawitacji. W przypadku dwururowego połączenia poziomego wysokość oblicza się między osią grzejnika a osią kotła, dlatego logiczne jest, że kocioł powinien być umieszczony znacznie niżej. W przypadku domu parterowego oznacza to umieszczenie kotła w piwnicy.
Wysokość dla rozkładu pionowego wskazuje różnicę poziomów przewodu zasilającego i powrotnego, pod warunkiem, że kocioł znajduje się dokładnie na poziomie przewodu tłocznego lub nieco niżej. Często jednak rozmieszczenie kotła i grzejników na wystarczającej różnicy wysokości jest technicznie niemożliwe, dlatego należy zmniejszyć rezystancję obwodu, w tym zwiększyć średnicę rur.
Czasami wystarczy zamontować kolektor przyspieszający, czyli odcinek rur w kształcie litery „L”, co dodatkowo zwiększa wysokość obiegu grzewczego. Należy go uformować bezpośrednio od kotła w górę i od najwyższego punktu po łagodnej drodze do pierwszego grzejnika w obiegu.
Obliczanie rezystancji dobór optymalnej średnicy rury
Mając pod ręką wszystkie powyższe dane, rozpoczyna się wybór sekcji, często nie w jednym podejściu. Po zaznaczeniu uszczelki zgodnie ze schematem połączeń należy przyjąć umowny rozmiar przekroju, na przykład 1 cal. Następnie oblicza się opór układu i porównuje go z ciśnieniem wytworzonym przez grawitację przy nominalnej wartości opałowej chłodziwa i schłodzonej temperaturze powrotu.
- Jeśli ciśnienie nie jest wystarczające, przekrój wzrasta i obliczenia są powtarzane.
- Jeżeli prędkość przepływu wody jest zbyt mała lub objętość chłodziwa jest zbyt duża, wówczas przekrój poprzeczny jest zmniejszany i obliczenia powtarzane są od nowa.
Opór rurociągu łatwiej wyrazić jako stratę ciśnienia w metrach słupa wody. Stosowana jest prosta formuła:
H = λ(Lк/Dт)(V2/2g),
gdzie H to nominalna wysokość równa rezystancji obwodu, λ to współczynnik chropowatości, Lк to długość obwodu, Dт to wewnętrzna średnica kanału, V to prędkość ruchu płynu, g to przyspieszenie powaga.
Wzór zawiera wszystkie kluczowe parametry, takie jak prędkość przepływu, średnice rur w instalacji grzewczej i ich długość. Trudność pojawia się przy współczynniku λ (tarcie hydrauliczne), który najłatwiej znaleźć na podstawie danych referencyjnych dla rodzaju rury wybranego jako główny w projekcie. W przeciwnym razie wymagana będzie obszerna i złożona ścieżka obliczeniowa przy użyciu liczby Reynoldsa, wzorów Blasiusa i Konakova, Altschula i Nikuradze.
Zadanie polega na tym, aby podczas naturalnego obiegu opór obwodu był mniejszy lub równy ciśnieniu powstałemu na skutek różnicy poziomów.
Aby zdecydować, jaki rozmiar rury wybrać do ogrzewania z naturalnym obiegiem, należy poprowadzić najdłuższy obwód od kotła do najdalszego grzejnika i porównać obliczoną stratę ciśnienia, pod warunkiem, że ciśnienie jest najniższe. Oznacza to, że przy rozprowadzeniu tras ogrzewania z obiegiem naturalnym wszystkie przewody zasilające prowadzone są z lekkim obowiązkowym spadkiem od miejsca najbliższego kotła do najdalszego zasilania ostatniego grzejnika. Nachylenie wynosi około 1 cm na metr lub co najmniej 0,5%.
Po otrzymaniu wyników
Podczas obliczeń określany jest optymalny rozmiar rury. Należy jednak mieć na uwadze, że ostateczny projekt musi być wykonany przez profesjonalistów i przy użyciu znacznie bardziej skomplikowanych wzorów i schematów. Pod uwagę brana jest również liczba kolan, sposób łączenia, optymalizacja kosztów, wykonalność ekonomiczna, a nawet estetyczny wygląd. Przy wyborze średnicy bierze się pod uwagę podział rur na główne i zasilające, obecność zaworów odcinających i urządzeń sterujących, za pomocą których reguluje się ogrzewanie w poszczególnych pomieszczeniach.
Czy udało Ci się samodzielnie wybrać średnicę rury grzewczej? Alternatywnie możesz spróbować przeliczyć parametry istniejącego ogrzewania i określić jego efektywność. Być może warto ponownie rozważyć niektóre punkty, aby osiągnąć lepsze wyniki, szczególnie w zakresie oszczędności. Swoje wyniki i opinię na temat tej instrukcji zostawcie w komentarzu pod artykułem.
Częstym błędem w przypadku starych systemów ogrzewania z naturalnym obiegiem jest związane z prowadzeniem rur. Kolana zostały ukształtowane zbyt kanciasto i mają zwężony przekrój, co prowadzi do znacznego wzrostu oporów hydrodynamicznych. Aby zmniejszyć opór należy zachować prawidłowy promień skrętu (w przypadku rur stalowych wynosi on 2-2,5D) oraz zastosować giętarkę do rur w celu utrzymania profilu rury.