Calefacción basada en la circulación de agua caliente: la opción más común para organizar una casa privada. Para un desarrollo competente del sistema, es necesario tener resultados preliminares del análisis, el llamado cálculo hidráulico del sistema de calefacción, que vincula la presión en todas las secciones de la red con los diámetros de las tuberías.
Este artículo describe en detalle el método de cálculo. Para comprender mejor el algoritmo de acciones, revisamos el procedimiento de cálculo utilizando un ejemplo específico.
Siguiendo la secuencia descrita, será posible determinar el diámetro óptimo de la línea principal, el número de dispositivos de calentamiento, la potencia de la caldera y otros parámetros del sistema necesarios para disponer un suministro de calor individual efectivo.
El concepto de cálculo hidráulico.
El factor determinante en el desarrollo tecnológico de los sistemas de calefacción se ha convertido en el ahorro habitual de energía. El deseo de ahorrar hace que tenga un enfoque más cuidadoso del diseño, la elección de los materiales, los métodos de instalación y el funcionamiento de la calefacción para el hogar.
Por lo tanto, si decide crear un sistema de calefacción único y, en primer lugar, económico para su apartamento o casa, le recomendamos que lea las reglas de cálculo y diseño.
El funcionamiento de la red de calor consiste en transmitir la cantidad calculada de energía térmica a los dispositivos que transmiten calor al consumidor. 
La tarea del cálculo hidráulico es la selección de tuberías que aseguren una pérdida de calor mínima durante el paso del refrigerante a través de una extensa red de calefacción. 
La cantidad de energía térmica transferida a los dispositivos depende del consumo de calor y de la diferencia de temperatura durante el enfriamiento del refrigerante. En circuitos de dos tuberías están orientados al diferencial de temperatura en todos los dispositivos. 
Cuando se realiza un cálculo hidráulico para un esquema de una tubería, la diferencia de temperatura en todas las canalizaciones se toma como punto de referencia. 
El propósito del cálculo es la selección de tuberías a través de las cuales puede circular el caudal de refrigerante calculado. Las tuberías generalmente se recogen de acuerdo con el surtido presentado, por lo tanto, siempre hay algún error en los cálculos. 
El caudal del refrigerante en la producción del cálculo no se establece de antemano, sino que se determina vinculando los parámetros de presión en todos los anillos del sistema 
En primer lugar, los cálculos se realizan en el anillo de circulación principal. Se divide en secciones y calcula la velocidad de flujo del refrigerante y la pérdida de presión, orientada a la fricción cuando se mueve agua o vapor a lo largo del contorno. 
Después de determinar los parámetros del anillo de circulación principal, se realizan cálculos similares para los anillos secundarios. De acuerdo con los resultados de la circulación en todas las partes del sistema, seleccione el diámetro de la tubería para equilibrar la presión en todos los componentes de la red
Antes de definir el cálculo hidráulico del sistema, debe comprender clara y claramente que el sistema de calefacción individual de un apartamento y una casa es condicionalmente un orden de magnitud superior al sistema de calefacción central de un edificio grande.
El sistema de calefacción personal se basa en un enfoque fundamentalmente diferente de los conceptos de calor y energía.
La esencia del cálculo hidráulico es que el caudal de refrigerante no se establece de antemano con una aproximación significativa a los parámetros reales, sino que se determina vinculando los diámetros de las tuberías con los parámetros de presión en todos los anillos del sistema.
Es suficiente hacer una comparación trivial de estos sistemas de acuerdo con los siguientes parámetros.
- El sistema de calefacción central (casa de la caldera) se basa en tipos estándar de portadores de energía: carbón, gas. En un sistema autónomo, puede usar casi cualquier sustancia que tenga un alto calor específico de combustión, o una combinación de varios materiales líquidos, sólidos y granulares.
- DSP se basa en elementos ordinarios: tuberías de metal, baterías "torpes", válvulas de cierre. El sistema de calefacción individual le permite combinar una variedad de elementos: radiadores de múltiples secciones con buena disipación de calor, termostatos de alta tecnología, diferentes tipos de tuberías (PVC y cobre), grifos, enchufes, accesorios y, por supuesto, sus propias calderas más económicas, bombas de circulación.
- Si ingresa al apartamento de una casa de paneles típica, construida hace 20-40 años, vemos que el sistema de calefacción se reduce a la presencia de una batería de 7 celdas debajo de la ventana en cada habitación del apartamento más un tubo vertical a través de toda la casa (elevador), con el que puede "comunicarse" con Vecinos arriba / abajo. Si se trata de un sistema de calefacción autónomo (ASO), le permite construir un sistema de cualquier complejidad, teniendo en cuenta los deseos individuales de los inquilinos del apartamento.
- A diferencia del DSP, un sistema de calefacción separado tiene en cuenta una impresionante lista de parámetros que afectan la transmisión, el consumo de energía y la pérdida de calor. Condiciones de temperatura ambiente, el rango de temperatura requerido en las habitaciones, el área y el volumen de la habitación, el número de ventanas y puertas, el propósito de las habitaciones, etc.
Por lo tanto, el cálculo hidráulico del sistema de calefacción (GDF) es un conjunto condicional de características calculadas del sistema de calefacción, que proporciona información completa sobre parámetros tales como el diámetro de las tuberías, el número de radiadores y válvulas.
Este tipo de radiador se instaló en la mayoría de las casas de paneles en el espacio post-soviético. Ahorro en materiales y la falta de ideas de diseño "en la cara"
GDFS le permite elegir la bomba de agua de anillo adecuado (caldera de calefacción) para transportar agua caliente a los elementos finales del sistema de calefacción (radiadores) y, como resultado, tener el sistema más equilibrado que afecta directamente las inversiones financieras en la parte de calefacción de la vivienda.
Otro tipo de radiador de calefacción para DSP. Este es un producto más versátil que puede tener cualquier cantidad de costillas. Así podrás aumentar o disminuir el área de intercambio de calor.
La secuencia de pasos de cálculo.
Hablando sobre el cálculo del sistema de calefacción, observamos que este procedimiento es el más ambiguo e importante en términos de diseño.
Antes de realizar el cálculo, necesita hacer un análisis preliminar del futuro sistema, por ejemplo:
- establecer el balance de calor en todos y específicamente en cada habitación del apartamento;
- aprobar controladores de temperatura, válvulas y reguladores de presión;
- Seleccione radiadores, superficies de transferencia de calor, paneles de transferencia de calor;
- Identificar áreas del sistema con el máximo y mínimo consumo de portadores de calor.
Además, es necesario determinar el esquema general del transporte de refrigerante: un circuito completo y pequeño, un sistema de una sola tubería o una tubería principal de dos tuberías.
Como resultado del cálculo hidráulico, obtenemos varias características importantes del sistema hidráulico, que proporcionan respuestas a las siguientes preguntas:
- ¿Cuál debería ser la potencia de la fuente de calefacción?
- ¿Cuál es el caudal y la velocidad del refrigerante?
- ¿Cuál es el diámetro de la tubería principal de la tubería de calor?
- ¿Cuáles son las posibles pérdidas de calor y la masa del refrigerante?
Otro aspecto importante del cálculo hidráulico es el procedimiento de equilibrar (vincular) todas las partes (ramificaciones) del sistema durante condiciones térmicas extremas mediante dispositivos de control.
Hay varios tipos principales de productos de calefacción: multisección de hierro fundido y aluminio, panel de acero, radiadores bimetálicos y covectores. Pero los más comunes son los radiadores de aluminio multisección.
El área estimada de la línea de tubería es una sección con un diámetro constante de la línea misma, así como un flujo de agua caliente que no se puede cambiar, que está determinado por la fórmula para el balance de calor de las habitaciones. La enumeración de las zonas de diseño comienza desde la bomba o la fuente de calor.
Ejemplo de condiciones iniciales
Para una explicación más específica de todos los detalles del error de cálculo hidráulico, tomamos un ejemplo concreto del espacio de alojamiento habitual. Tenemos un apartamento clásico de 2 habitaciones en una casa de paneles, con un área total de 65, 54 m 2, que incluye dos habitaciones, una cocina, un aseo separado y un baño, un pasillo doble y un balcón doble.
Después de la puesta en servicio recibió la siguiente información sobre la preparación del apartamento. El apartamento descrito incluye paredes con estructuras de hormigón armado monolítico tratadas con masilla e imprimación, ventanas de un perfil con dos cámaras de vidrio, puertas interiores prensadas en el torso y baldosas de cerámica en el piso del baño.
Un típico panel de casa de 9 pisos con cuatro entradas. En cada piso hay 3 apartamentos: uno de 2 habitaciones y dos de 3 habitaciones. El apartamento está ubicado en el quinto piso.
Además, el alojamiento presentado ya está equipado con cableado de cobre, distribuidores y una protección separada, cocina de gas, baño, lavabo, inodoro, calentador de toallas, lavamanos.
Y lo más importante en las salas de estar, el baño y la cocina ya hay radiadores de calefacción de aluminio. La pregunta sobre las tuberías y la caldera permanece abierta.
Cómo se recopilan los datos
El cálculo hidráulico del sistema se basa principalmente en cálculos relacionados con el cálculo del calentamiento en el área de la habitación.
Por eso es necesario contar con la siguiente información:
- el área de cada habitación individual;
- dimensiones de los conectores de puertas y ventanas (las puertas internas prácticamente no afectan la pérdida de calor);
- Condiciones climáticas, características de la región.
Procederemos a partir de los siguientes datos. El área de la sala común es de 18.83 m 2, el dormitorio de 14.86 m 2, la cocina de 10.46 m 2, el balcón de 7.83 m 2 (total), el corredor de 9.72 m 2 (total), el baño. 3, 60 m 2, aseo - 1, 5 m 2 . Las puertas de entrada son de 2.20 m 2, el escaparate de la ventana de la sala común es de 8.1 m 2, la ventana del dormitorio es de 1.96 m 2, la ventana de la cocina es de 1.96 m 2 .
La altura de las paredes del apartamento es de 2 metros y 70 cm. Las paredes externas están hechas de concreto de la clase B7 más yeso interno, de 300 mm de espesor. Paredes internas y tabiques - rodamiento 120 mm, ordinario - 80 mm. El suelo y, en consecuencia, el techo de losas de hormigón clase B15, espesor 200 mm.
El diseño de este apartamento ofrece la posibilidad de crear una sola rama de calefacción que pase por la cocina, el dormitorio y la sala de estar, lo que proporcionará una temperatura promedio de 20-22 ° C en las habitaciones (+)
¿Qué pasa con el medio ambiente? El apartamento está ubicado en la casa, que se encuentra en el centro del microdistrict de una ciudad pequeña. La ciudad está ubicada en una zona baja determinada, la altura sobre el nivel del mar es de 130 a 150 m. El clima es moderadamente continental, con inviernos fríos y veranos más bien cálidos.
Temperatura media anual + 7, 6 ° C. La temperatura promedio en enero es de -6.6 ° C, julio + 18.7 ° C. El viento es de 3.5 m / s, la humedad promedio es de 74% y la cantidad de precipitación es de 569 mm.
Al analizar las condiciones climáticas de la región, se debe tener en cuenta que se trata de un amplio rango de temperaturas, lo que a su vez afecta el requisito especial para ajustar el sistema de calefacción del apartamento.
Potencia del generador de calor
Uno de los componentes principales del sistema de calefacción es la caldera: eléctrica, de gas, combinada, en esta etapa no importa. Dado que su principal característica es importante para nosotros: la potencia, es decir, la cantidad de energía por unidad de tiempo que se gastará en calefacción.
La potencia de la caldera en sí está determinada por la siguiente fórmula:
Wotla = (habitación) W / 10,
donde:
- S premisa es la suma de las áreas de todas las habitaciones que requieren calefacción;
- Woodel : densidad de potencia teniendo en cuenta las condiciones climáticas de la ubicación (por eso fue necesario conocer el clima de la región).
Eso es característico, para diferentes zonas climáticas tenemos los siguientes datos:
- Áreas del norte - 1.5 - 2 kW / m 2 ;
- zona central - 1 - 1.5 kW / m 2 ;
- Regiones del sur - 0, 6 - 1 kW / m 2 .
Estas cifras son bastante arbitrarias, pero aún así dan una respuesta numérica clara con respecto a la influencia del medio ambiente en el sistema de calefacción del apartamento.
Este mapa muestra zonas climáticas con diferentes temperaturas. Desde la ubicación de la vivienda en relación con la zona y depende de cuánto necesita gastar en calentar un metro cuadrado de energía (+)
El área total del apartamento que necesita calefacción es igual al área total del apartamento y es igual, es decir, 65.54-1.80-6.03 = 57.71 m2 (menos el balcón). La potencia específica de la caldera para la región central con un invierno frío es de 1, 4 kW / m2. Así, en nuestro ejemplo, la potencia calculada de la caldera de calefacción es equivalente a 8, 08 kW.
Parámetros dinámicos del refrigerante.
Pasamos a la siguiente etapa de cálculos: análisis del consumo de refrigerante. En la mayoría de los casos, el sistema de calefacción de los apartamentos es diferente de otros sistemas, esto se debe a la cantidad de paneles de calefacción y la longitud de la tubería. La presión se utiliza como un flujo de “fuerza de accionamiento” adicional a través del sistema.
En los edificios privados de una sola planta y de varias plantas, se utilizan los antiguos edificios de paneles, los sistemas de calefacción de alta presión, lo que permite que el agente de transferencia de calor se transporte a todas las partes de un sistema de calefacción múltiple de múltiples anillas y aumente el agua a toda la altura (hasta el piso 14) del edificio.
En contraste, un apartamento típico de 2 o 3 habitaciones con calefacción independiente no tiene una variedad de anillos y ramas del sistema, no incluye más de tres circuitos.
Esto significa que el transporte del refrigerante se produce a través del proceso natural del flujo de agua. Pero también puede usar bombas de circulación, la calefacción es proporcionada por una caldera de gas / eléctrica.
Recomendamos utilizar una bomba de circulación para calentar espacios de más de 100 m 2 . Es posible montar la bomba antes y después de la caldera, pero por lo general se pone en “retorno”: la temperatura del transportador es menor, el flujo de aire es menor y la vida útil de la bomba es mayor
Los expertos en el campo del diseño e instalación de sistemas de calefacción definen dos enfoques principales en términos de cálculo del volumen de refrigerante:
- Según la capacidad real del sistema. Todos los volúmenes de cavidades, sin excepción, se resumen donde fluirá el flujo de agua caliente: la suma de secciones individuales de tuberías, secciones de radiadores, etc. Pero esta es una opción bastante lenta.
- Por potencia de la caldera. Aquí las opiniones de los expertos divergieron mucho, algunos dicen 10, los otros 15 litros por unidad de potencia de la caldera.
Desde un punto de vista pragmático, es necesario tener en cuenta el hecho de que probablemente el sistema de calefacción no solo suministrará agua caliente para la habitación, sino que también calentará el agua de la bañera / ducha, el lavabo, el fregadero y la secadora, y quizás también para el hidromasaje o el jacuzzi. Esta opción es más fácil.
Por lo tanto, en este caso, recomendamos instalar 13.5 litros por unidad de potencia. Al multiplicar este número por la potencia de la caldera (8.08 kW), obtenemos el volumen calculado de masa de agua - 109.08 litros.
La velocidad calculada del refrigerante en el sistema es el parámetro que le permite seleccionar un diámetro de tubería específico para el sistema de calefacción.
Se calcula mediante la siguiente fórmula:
V = (0.86 * W * k) / t-to,
donde:
- W - potencia de la caldera;
- t es la temperatura del agua suministrada;
- a - temperatura del agua en el circuito de retorno;
- k - eficiencia de la caldera (0, 95 para una caldera de gas).
Sustituyendo los datos calculados en la fórmula, tenemos: (0.86 * 8080 * 0.95) / 80-60 = 6601.36 / 20 = 330 kg / h. Así, en una hora, 330 l de refrigerante (agua) se mueven en el sistema, y la capacidad del sistema es de unos 110 l.
Determinación del diámetro del tubo.
Para la determinación final del diámetro y el espesor de los tubos de calefacción, queda por discutir el tema de la pérdida de calor.
La cantidad máxima de calor deja la habitación a través de las paredes, hasta un 40%, a través de las ventanas, 15%, el piso, 10%, todo lo demás a través del techo / techo. Para un apartamento, las pérdidas se caracterizan principalmente a través de ventanas y módulos de balcón.
Hay varios tipos de pérdida de calor en locales climatizados:
- Flujo de pérdida de presión en la tubería . Este parámetro es directamente proporcional al producto de la pérdida de fricción específica dentro de la tubería (proporcionada por el fabricante) y la longitud total de la tubería. Pero dada la tarea actual, tales pérdidas pueden ser ignoradas.
- Pérdidas de la cabeza en las resistencias de las tuberías locales : costos de calor en los accesorios y en el equipo interior Pero dadas las condiciones del problema, un pequeño número de accesorios y el número de radiadores, tales pérdidas pueden ser descuidadas.
- Pérdida de calor según la ubicación del apartamento . Hay otro tipo de costos térmicos, pero están más relacionados con la ubicación de la habitación en relación con el resto del edificio. Para un apartamento normal, que está ubicado en el centro de la casa y está adyacente a la izquierda / derecha / arriba / abajo con otros apartamentos, las pérdidas de calor a través de las paredes laterales, el techo y el piso son casi iguales a "0".
Solo es posible tener en cuenta las pérdidas a través de la parte frontal del apartamento: el balcón y la ventana central de la sala común. Pero esta pregunta se cierra con la adición de 2-3 secciones a cada uno de los radiadores.
El valor del diámetro de la tubería se selecciona de acuerdo con el caudal del refrigerante y la velocidad de su circulación en la línea de calentamiento.
Al analizar la información anterior, vale la pena señalar que para la velocidad calculada del agua caliente en el sistema de calefacción, se conoce la velocidad tabular del movimiento de las partículas de agua con respecto a la pared de la tubería en una posición horizontal de 0, 3 a 0, 7 m / s.
Para ayudar al maestro, presentamos la llamada lista de verificación para realizar cálculos para un cálculo hidráulico típico de un sistema de calefacción:
- recopilación de datos y cálculo de la potencia de la caldera;
- volumen y velocidad del refrigerante;
- потери теплоты и диаметр труб.
Иногда при просчёте можно получить достаточно большой диаметр трубы, что бы перекрыть расчётный объём теплоносителя. Эту проблему можно решить увеличением литража котла или добавлением дополнительного расширительного бака.
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Подводя итого вычислений гидравлического расчёта, в результате получили конкретные физические характеристики будущей системы отопления.
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