Проведение расчетов для однотрубной системы отопления: ключевые аспекты и практический пример

Однотрубная система отопления представляет собой одно из наиболее простых и эффективных решений для разводки отопительных труб внутри зданий. Этот тип схемы позволяет экономить средства по сравнению с другими системами отопления, что делает его привлекательным для владельцев жилья.

Для полноценной работы данной схемы крайне важно провести предварительный расчет однотрубной системы. Это поможет поддерживать необходимую температуру в помещении и предотвращать потерю давления в системе. Не уверены, что сможете сделать это сами?

В данной статье мы рассмотрим особенности конструкции однотрубной системы, приведем примеры рабочих схем и объясним, какие расчеты необходимо провести на этапе проектирования отопительного контура.

Однотрубная система включает в себя как подачу, так и обратку теплоносителя в одной трубе, что облегчает монтаж, но требует тщательного планирования. Основными параметрами для расчета являются мощность отопителя, длина трубопровода, диаметр труб и температурный режим. Необходимо учесть, что чем длиннее отопительный контур, тем больше теплопотери, поэтому важно правильно рассчитывать диаметр труб, чтобы обеспечить достаточный поток теплоносителя и избежать перегревов или недогревов.

Основные этапы расчета однотрубной системы включают: определение необходимой мощности радиаторов, расчет количества секций в радиаторе, а также определение потерь давления на участке системы. Обычно расчет производят в несколько этапов, начиная с выбора радиаторов, которые соответствуют требованиям по мощности, и заканчивая проверкой конечного результата на предмет комфортных условий в помещении.

Для более точных расчетов можно воспользоваться специализированным программным обеспечением, которое автоматизирует процесс и позволяет избежать людского фактора. Однако, для небольших систем, расчет можно выполнить вручную, используя общепринятые формулы и методы. Это поможет вам лучше понять, как работает ваша система и какие параметры критичны для ее эффективности.

Структура однотрубной схемы отопления

Гидравлическая стабильность системы достигается за счет правильного выбора диаметра труб (Dусл). Настройка такого варианта без предварительных корректировок терморегуляторов довольно проста и позволяет выполнить оптимизацию схемы.

К однотрубным системам относится схема, в которой радиаторы устанавливаются вертикально или горизонтально, и отсутствуют запорно-регулирующие устройства на ответвлениях к приборам отопления.

Приведем яркий пример установки радиатора в системе, организованной по принципу циркуляции одной трубой, где используются металлопластиковые трубы и металлические fittings.

Изменяя диаметры труб в однотрубной системе отопления, можно достаточно точно уравновесить имеющиеся потери давления. Установка терморегулятора обеспечивает контроль за потоками теплоносителя в каждом отдельном радиаторе.

Проектирование отопительной системы по однотрубной схеме обычно подразумевает, что вначале создаются узлы подключения радиаторов, а затем связываются циркуляционные кольца.

Классический подход, где один трубопровод отвечает за движение теплоносителя и распределение его по радиаторам, является одним из самых простых решений (+)

Создание узла подключения касается определения потерь давления на узле. Этот расчет производят с учетом равномерного распределения потока через терморегулятор на данном участке схемы.

Кроме того, в процессе рассчитываются коэффициенты затекания и определяется диапазон параметров для потоков на замыкающем участке, на основе которого формируется циркуляционное кольцо.

Сопряжение циркуляционных колец

Для качественного сопряжения циркуляционных колец однотрубной схемы сначала необходимо рассчитать возможные потери давления (∆Ро), при этом потери на регулирующем вентиле (∆Рк) не учитываются.

После этого по расходу теплоносителя на конечном участке циркуляционного кольца и значению ∆Рк (указанному в техдокументации) определяется величина настройки регулирующего вентиля.

Это значение можно вычислить по следующей формуле:

Кв=0,316G / √∆Рк,

• Кв – величина настройки;
• G – расход теплоносителя;
• ∆Рк – потери давления на регулировочном вентиле.

Аналогичные расчеты проводятся для каждого регулирующего вентиля в однотрубной системе.

При этом диапазон потерь давления для каждого РВ вычисляется по формуле:

∆Рко=∆Ро + ∆Рк — ∆Рn,

• ∆Ро – возможные потери давления;
• ∆Рк – потери давления на РВ;
• ∆Рn – потери давления на участке n-циркуляционного кольца (без учета потерь в РВ).

Если в результате расчетов не удается получить необходимые значения для однотрубной системы отопления в целом, можно рассмотреть вариант с автоматическими регуляторами расхода.

Автоматический регулятор, установленный на обратной линии теплоносителя, регулирует общий расход теплоносителя для всей однотрубной схемы.

Обычно такие устройства устанавливаются на концах системы (в местах соединения на стояках и ответвлениях) в точках подключения к возвратной линии.

Техническая возможность изменения конфигурации регулятора (путем смены позиции крана слива и пробки) позволяет его установку и на подающей линии теплоносителя.

С помощью автоматических регуляторов расхода осуществляется сопряжение циркуляционных колец, и определяется давление потерянное на конечных участках (стояках и ветках с приборами).

Остаточные потери давления внутри циркуляционного кольца распределяются между основными участками трубопроводов (∆Рмр) и общим регулирующим устройством (∆Рр).

Параметры временной настройки общего регулятора выбираются на основе графиков в техдокументации, с учетом ∆Рмр на конечных участках.

Потери давления на окончательных участках рассчитываются по формуле:

∆Рс=∆Рпп — ∆Рмр — ∆Рр,

• ∆Рр – расчетное значение;
• ∆Рпп – заданный перепад давлений;
• ∆Рмр – потери давления на участках трубопроводов;
• ∆Рр – потери давления на общем РВ.

Настройка автоматического регулятора основного циркуляционного кольца (при отсутствии заданного перепада давлений в начале) осуществляется с учетом минимально возможного значения из диапазона настройки, указанного в техдокументации устройства.

Качество управления потоками с помощью общего регулятора оценивают по разнице потерь давления на каждом отдельном регуляторе стояка или приборной ветви.

Применение и экономическое обоснование

Отсутствие строгих норм к температуре охлажденного теплоносителя является отправной точкой для проектирования однотрубных отопительных систем с терморегуляторами, которые устанавливаются на подводящих линиях радиаторов. В то же время наличие автоматической регулировки в тепловом пункте обязательно.

Терморегулятор, установленный на линии, подающей теплоноситель в радиатор отопления, обычно монтируется с использованием металлических фитингов, которые подходят для работы с полипропиленовыми трубами.

Существуют схемные решения, где терморегулирующие приборы отсутствуют на подводящих линиях радиаторов, однако их использование связано с другими приоритетами обеспечения микроклимата.

Часто однотрубные схемы без автоматического регулирования используются для помещений, спроектированных с учетом компенсации тепловых потерь (от 50% и выше) с помощью дополнительных устройств: системы приточной вентиляции, кондиционирования воздуха, электрического подогрева.

Также однотрубные системы применяются в проектах, где нормативы допускают температуру теплоносителя, превышающую предельное значение рабочего диапазона терморегулятора.

Проекты многоквартирных зданий, в рамках которых эксплуатация отопительной системы осуществляется с учетом потребляемого тепла через счетчики, строятся по периметральной однотрубной схеме.

Периметральная однотрубная схема – это классический вариант, который часто применяется как в муниципальном, так и в частном строительстве. Этот подход считается простым и экономически эффективным в различных условиях (+)

Экономическое обоснование для реализации такой схемы основывается на расположении магистральных стояков в различных точках конструкции.

Основными критериям расчетов служат стоимость двух ключевых материалов: труб отопления и фитингов.

По практическим примерам реализации периметральной однотрубной системы увеличение диаметра проходного сечения труб в 2 раза приводит к увеличению затрат на закупку труб в 2-3 раза, тогда как затраты на фитинги могут возрасти до 10 раз в зависимости от материала их изготовления.

База для расчетов и монтажа

Монтаж однотрубной схемы, с точки зрения расположения основных элементов, практически не отличается от установки двухтрубных систем. Магистральные стояки, как правило, располагаются вне жилых помещений.

Согласно СНиП рекомендуется укладывать стояки внутри специальных шахт или каналов. Квартирная ветка традиционно размещается по периметру.

Пример прокладки трубопроводов системы отопления в специально пробитых стенах. Такой вариант монтажа часто используется в современном строительстве.

Трубопроводы укладываются на высоте 70-100 мм от верхнего края напольного плинтуса или прокладываются под декоративным плинтусом высотой от 100 мм и шириной до 40 мм. Современные производители предлагают специальные накладки для установки сантехнических или электрических коммуникаций.

Обвязка радиаторов производится по схеме «сверху-вниз» с подводом труб на одной или обеих сторонах. Расположение терморегуляторов «с определенной стороны» не имеет большого значения, но если установка прибора отопления производится рядом с балконной дверью, терморегулятор обязательно устанавливают на стороне, удаленной от двери.

Прокладка труб за плинтусом считается более эстетичной, однако, она может создать сложности при прохождении участков, где размещены двери.

Трубопроводы, уложенные под декоративным плинтусом, представляют собой классическое решение для однотрубных систем, используемых в новостройках различных классов.

Подключение радиаторов к однотрубным стоякам может осуществляться по схемам, которые позволяют учитывать небольшое линейное удлинение труб или же по схемам, где предусмотрена компенсация изменения длины труб в результате температурных колебаний.

Третий вариант, используя трёхходовой регулятор, не является предпочтительным с экономической точки зрения.

Если в системе предусматривается установка стояков, замаскированных в стенах, рекомендуется использовать угловые терморегуляторы типа RTD-G и запорные вентильные устройства, аналогичные моделям из серии RLV в качестве соединительных компонентов.

Способы подключения: 1,2 – для систем, где возможно линейное расширение труб; 3,4 – для систем, предназначенных для допуска дополнительных источников тепла; 5,6 – схемы с трёхходовыми клапанами являются экономически невыгодными (+)

Диаметр трубы, отходящей к радиаторам, определяют согласно следующему расчету:

D >= 0.7√V,

Отвод трубы следует выполнять с небольшим уклоном (не менее 5%) в сторону свободного выхода теплоносителя.

Определение основного циркуляционного кольца

Если проект системы отопления включает несколько циркуляционных колец, необходимо выбрать главное кольцо. Этот выбор следует делать, основываясь на максимальных показателях теплопередачи самого удаленного радиатора.

Данный параметр косвенно отражает гидравлические нагрузки, возникающие на рассматриваемом циркуляционном кольце.

Циркуляционное кольцо может быть представлено в виде структурной схемы. В зависимости от вариантов проектирования, возможно несколько различных колец, однако только одно из них станет основным (+)

Теплопередача отдаленного радиатора рассчитывается следующим образом:

Атп = Qв / Qоп + ΣQоп,

• Атп – расчетная теплопередача удалённого прибора;
• Qв – требуемая теплопередача отдаленного радиатора;
• Qоп – теплопередача радиаторов в помещение;
• ΣQоп – общее значение необходимой теплопередачи для всех приборов в системе.

Значение суммы необходимой теплопередачи может складываться из показателей приборов, обслуживающих обширные зоны здания или определённые его участки. Например, можно рассчитать добавленное тепло для помещений, находящихся под контролем одного стояка или определённых площадей, обслуживаемых отдельной веткой.

Общая расчетная теплопередача любого другого радиатора, установленного в системе, вычисляется по немного другой формуле:

Атп = Qоп / Qпом,

• Qоп – необходимая теплопередача для конкретного радиатора;
• Qпом – теплопотребность определённого помещения, где используется однотрубная схема.

Процесс расчёта и применение полученных данных будет понятнее на конкретном примере.

Важно помнить, что правильное проектирование и настройка системы отопления не только обеспечивают комфортное тепло в помещении, но и могут существенно сократить расходы на отопление, предотвращая перерасход ресурсов и снижая затраты на электроэнергию.

При выборе материалов для отопительных труб желательно использовать современные композитные и пластиковые материалы, которые обладают высокой коррозионной стойкостью и долговечностью, что также влияет на эффективность работы системы в целом.

Регулярное техническое обслуживание системы поддерживает ее эффективность и помогает избежать неожиданных поломок, что в конечном итоге влияет на общую экономию затрат в процессе эксплуатации.

В целях повышения энергоэффективности системы отопления можно также рассмотреть возможность установки тепловых насосов или солнечных коллекторов, которые могут существенно снизить нагрузку на традиционные системы отопления в период переходных сезонов.

Иллюстрация практического расчета

Для жилого здания предусмотрена однотрубная система, управляемая терморегулятором.

Номинальная пропускная способность устройства при максимальном уровне настройки составляет 0,6 м³/ч/бар (к1). Максимальная характеристика пропускной способности для этого значения настройки – 0,9 м³/ч/бар (к2).

Допустимый перепад давления ТР (при шуме 30 дБ) не должен превышать 27 кПа (ΔР1). Напор насоса составляет 25 кПа (ΔР2). Рабочее давление системы отопления составляет 20 кПа (ΔР).

Необходимо определить диапазон потерь давления для ТР (ΔР1).

Расчет внутренней теплопередачи происходит следующим образом: Атр = 1 – к1/к2 (1 – 0,6/0,9) = 0,56. Отсюда выводим требуемый диапазон потерь давления на ТР: ΔР1 = ΔР * Атр (20 * 0,56…1) = 11,2…20 кПа.

Если самостоятельные расчёты дают неожиданные результаты, более разумно обратиться к специалистам или использовать компьютерные калькуляторы для проверки.

Заключение и полезное видео по теме

Детальный анализ расчётов с помощью компьютерной программы, а также пояснения по установке и улучшению функционала системы:

Важно отметить, что всесторонний расчёт даже самых простых решений включает множество вычисляемых параметров. Безусловно, уместно проводить все необходимые вычисления при условии стремления к идеальной организации системы отопления. Однако в реальности идеально бывает далеко не всегда.

Поэтому часто рассчитывают не только теоретические значения, но также ориентируются на практические примеры и результаты их работы. Этот подход особенно актуален в случае частного домостроения.

Есть желание добавить что-то или возникли вопросы по расчетам однотрубной системы отопления? Оставляйте комментарии к публикации, принимайте участие в обсуждениях и делитесь личным опытом в обустройстве отопительных контуров. Форма для связи находится в нижней части страницы.

Видео:

Расчет отопления частного дома часть 1 Как рассчитать мощность котла количество радиаторов отопления