Niedopuszczalnie mało uwagi przywiązuje się do prawidłowego doboru rur do systemów grzewczych z wymuszonym obiegiem nośnika ciepła, ale od tego zależy efektywność całego ogrzewania. Pompa obiegowa pompuje ciecz przez rury i grzejniki, przenosząc ciepło z kotła do wymienników ciepła. Po drodze największą odporność na wodę zapewniają rury, złączki i złączki i bardzo ważne jest znalezienie optymalnej równowagi między przekrojem rur, objętością chłodziwa i takimi parametrami, jak prędkość wody ruch, ciśnienie i ciśnienie. Obliczmy średnicę rur do ogrzewania z wymuszonym obiegiem.
Już na podstawie obliczeń teoretycznych, które, nawiasem mówiąc, nie zajmą dużo czasu, można zwrócić uwagę na wybór materiału rur, sposób ich układania, a nawet estetyczny wygląd okablowania.
Sposób obliczania średnicy rur do ogrzewania z naturalnym obiegiem opisano w tym artykule .
Co jest brane pod uwagę podczas obliczeń
Kryteria doboru średnicy rur:
- ilość płynu chłodzącego niezbędnego do napełnienia układu;
- długość konturu (konturów);
- prędkość wymiany ciepła;
- wymagana moc grzewcza w kilowatach;
- wydajność pompy z wymuszonym obiegiem;
- rezystancja obwodu wzdłuż rur.
Każdy parametr ma zakres akceptowalnych wartości. Jednocześnie w obliczeniach należy podać rozmiar rury instalacji grzewczej, który spełnia wszystkie wymagania i zapewnia akceptowalne parametry.
Obliczenia odnoszą się do średnicy wewnętrznej. Już po uzyskaniu wymaganego rozmiaru wybierany jest odpowiedni nominał dostępny w sprzedaży, a następnie dobierany jest materiał. Od tego zależy grubość ścianki, średnica zewnętrzna i wygląd.
Parametry grzewcze dla układu z wymuszonym obiegiem
Objętość niezbędnego nośnika ciepła powinna być jak najmniejsza, dlatego optymalna średnica rur do ogrzewania z wymuszonym obiegiem jest mniejsza. Ograniczeniem stają się następujące parametry: dopuszczalna prędkość ruchu płynu i rezystancja obwodu.
Długość obwodu wraz ze średnicą, liczbą zakrętów i przejść charakteryzuje taki parametr, jak opór rury. Pompa cyrkulująca ciecz musi zapewniać ciśnienie wystarczające do pokrycia wszystkich tych podpór.
Przepływ dla każdego systemu grzewczego powinien mieścić się w zakresie powyżej 0,2 m/s i poniżej 1,5 m/s. Dolna granica ogranicza minimalną prędkość ruchu płynu, przy której zachowany jest prawidłowy przepływ ciepła z kotła do grzejników bez miejscowego przegrzania lub wychłodzenia. Ciepło z kotła po prostu nie będzie miało czasu, aby dotrzeć do grzejników i całej cieczy.
Górną granicę 1,5 m/s ustala się tak, aby płyn chłodzący przepływał w układzie cicho. Przy dużych prędkościach wystąpi hałas i buczenie, a także szkodliwe wibracje, szczególnie w układach z dużą liczbą zakrętów i zakrętów. Przy większej prędkości chłodziwa wzrasta również opór rur, co w efekcie wymaga zwiększenia mocy pompy.
Aby obliczyć optymalny przekrój rury, który zapewnia niezbędną wymianę ciepła i natężenie przepływu płynu, wymagana jest wydajność w kilowatach. Oczywiście sprawność cieplną systemu dobiera się jako wystarczającą, biorąc pod uwagę wszystkie straty ciepła i wymaganą temperaturę w pomieszczeniu.
Wymaganą moc oblicza się ze wzoru:
Qt = V*dt*k/860,
gdzie V to objętość ogrzewania powietrza w pomieszczeniu, dt to różnica temperatur w pomieszczeniu i na zewnątrz, k to współczynnik strat ciepła dla otaczających konstrukcji pomieszczenia.
Jest to przybliżony wzór obliczeniowy.
Wydajność pompy zależy od prędkości pompowanej cieczy, która w jej charakterystyce określana jest jako liczba metrów sześciennych na godzinę i ciśnienie w paskalach. Często zamiast paskali podaje się wysokość, na jaką pompa jest w stanie podnieść słup wody w rurze, na przykład 3 metry. Parametr ten porównywany jest z oporem grzewczym i musi go przekraczać, aby zapewnić wystarczające ciśnienie. Ciśnienie 0,1 MPa odpowiada słupowi cieczy o długości 10 metrów, z tak prostego porównania można obliczyć charakterystykę pompy.
Obliczanie rezystancji obwodu grzewczego i dobór optymalnej średnicy rury
Dane referencyjne zostały już otrzymane i wzięte pod uwagę. Teraz należy określić optymalną trasę rozprowadzenia rur do miejsc montażu grzejników, liczbę kształtek, zakrętów i zwojów rury. Na początek przyjmuje się przybliżoną średnicę rury, na przykład ¾ cala. Dla tego rozmiaru dobiera się średnice odcinków głównego, kolektora i doprowadzeń do wymienników ciepła oraz oblicza się rezystancję obwodu grzewczego. Uzyskaną wartość porównuje się z wydajnością wybranej pompy obiegowej, która powinna być o co najmniej 25% większa.
W przypadku, gdy obliczona prędkość cieczy jest zbyt mała lub objętość nośnika ciepła jest zbyt duża, wówczas średnicę odniesienia zmienia się na mniejszą i powtarza obliczenia. Podobnie ze wzrostem.
W praktyce opór rury wyrażany jest w metrach. Wskazana jest warunkowa utrata ciśnienia równa wysokości słupa wody. Stosowana jest formuła:
H = λ (L/D) (V2/2g),
gdzie H to wysokość odpowiadająca stracie ciśnienia, λ to opór metra rury, L to pełna trasa obwodu grzewczego, D to pożądana średnica, także wewnętrzna, V to natężenie przepływu chłodziwa, g jest przyspieszeniem swobodnego spadania.
Z literatury przedmiotu lub specyfikacji technicznej należy wybrać jedynie współczynnik oporu rur. Różni się w zależności od rodzaju materiału rury, jakości powierzchni wewnętrznej, chropowatości. W przeciwnym razie wymagany będzie obszerny i złożony sposób obliczeń przy użyciu liczby Reynoldsa, wzorów Blasiusa i Konakova, Altshula i Nikuradze.
Zadanie polega na tym, aby wartość straty ciśnienia była mniejsza niż około 20% ciśnienia wytwarzanego przez pompę obiegową wymuszonym.
Całkowita długość rurociągu od kotła do grzejników jest mierzona od najdłuższej drogi i z powrotem, bez uwzględnienia równoległych kranów.
Jeżeli zastosowana zostanie główna rura kolektora o większej średnicy i doprowadzona do grzejników o mniejszym przekroju, wówczas obliczenia wykonuje się dwukrotnie wzdłuż długości każdego rodzaju rury i wyniki sumuje się.
Uproszczona metoda obliczeń
Alternatywny sposób obliczeń lub wariant sprawdzenia uzyskanych wcześniej danych dla systemów z wymuszonym obiegiem uzyskuje się za pomocą innego uproszczonego wzoru:
D = √354 * (0,86 * Q / dt) / V,
gdzie Q to ilość ciepła oddanego przez grzejniki do otoczenia, dt to różnica temperatur nośnika ciepła na wyjściu z kotła i na powrocie, V to natężenie przepływu cieczy.
Różnica temperatur wynosi optymalnie 20 stopni. Na wyjściu z kotła temperatura płynu chłodzącego wynosi 90°C, a po przejściu przez cały obwód powinien mieć czas na ochłodzenie się do 65-70°C.
Po otrzymaniu wyników
Obliczone wymiary można bezpiecznie wykorzystać do zorganizowania prostego ogrzewania w prywatnym domu z wymuszonym obiegiem: dystrybucja jednorurowa, dwururowa z dystrybucją górną. W przypadku grup kolektorów lub przy ogrzewaniu, w którym stosuje się dwa lub więcej niezależnych obiegów, lepiej jest zaangażować specjalistę w celu prawidłowego doboru rur i kształtek. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę liczbę zwojów, sposób układania, możliwość podłączenia wymienników ciepła i szereg innych niuansów, które mogą znacząco wpłynąć na wynik projektu.