Гидравлические смыслы, понятия и расчет цепей систем отопления
Рассмотрим вопросы и задачи:
- Определения цепей систем отопления
- Что такое контурное кольцо, контур, ветка, узел, первично-вторичные кольца и тому подобное?
- Что такое кольца первого и второго порядка?
- Что такое гидравлическое сопротивление?
- Что такое однотрубная система отопления?
- Что такое двухтрубная система отопления?
- Что такое лучевая разводка?
- Что такое петля Тихельмана? Петля Тихельмана сама себя не балансирует!
- Система отопления с гидрострелкой
- Система отопления с первично-вторичными кольцами
- Достоинство и недостатки различных цепей систем отопления
- Почему нельзя превышать количество радиаторов в определенных цепях?
- Максимальное количество радиаторов в однотрубной систсемы отопления
- Максимальное количество радиаторов в двухтрубной систсемы отопления
- Максимальное количество радиаторов в петле Тихельмана
- Максимальное количество радиаторов в лучевой разводке системы отопления
- Что влияет на изменение схемы цепей систем отопления?
- Полезные примеры диаметров различных цепей?
- Выбор диаметров для петли Тихельмана
- Ограничения по количеству радиаторов для каждой цепи
- Правильное распределение ступеней в петле Тихельмана
- Правила подбора диаметров
- Абсолютный Гидравлический расчет (анализ цепей)
Для того, чтобы понять схемы и цепи различных систем отопления необходимо познакомиться с такими понятиями как: Контур, составной контур, контурное кольцо, ветка, петля, узел и тому подобное. На основе этих понятий будут объясняться различные цепи. Данная терминология поможет правильно на словах разъяснять или описать цепи систем водоснабжения и отопления обычным текстом.
Что такое ветка, контур, петля?
Ветка - это простой контур. О том, какие существуют контура описано ниже.
Ветка - это трубопровод, который не присоединяется к другим трубопроводам. На протяжении этого трубопровода могут существовать различные краны и клапаны, и даже насосы и котлы. Другими словами движущаяся жидкость в этом участке трубопровода (с различными переходами) не меняет расход. Если расход меняется, значит, он утекает в другой трубопровод (другую ветку). И там где начинается другая ветка, прежняя ветка заканчивается.
Пример на изображении: Радиаторная ветка
Пример, труба, идущая от одного тройника(узла) и присоединенная к другому тройнику(узлу) образует ветку. При этом на протяжении этой трубы может присутствовать: Радиатор, кран, клапан, насос, котел и любое другое оборудование. Если на ветке существует радиатор, то такую ветку можно назвать радиаторной веткой. Если на ветке находится котел, то ветку можно назвать котловой веткой или веткой(контуром) котла.
Ветка не имеет строго ограничения до тройников. Если Вы скажете так: «Подающая ветка радиатора», то это будет означать часть ветки от тройника до радиатора. То есть, если Вы назвали просто «Ветка», то эта ветка строго проходит от одного тройника до другого.
Тройник - это узел. Коллекторное соединение образует множество узлов. Грубо говоря коллектор с различным количеством соединений образует множество тройников(узлов).
Ветка и контур - это не одно и то же!
Составной контур или совмещенный контур
Совмещенный или составной контур, это когда две разные ветки имеют одинаковый расход. Расход в них одинаков, потому что существует очень жесткая связь, которая не может допустить разные расходы в силу особенности цепи. И поэтому эта жесткая связь образует единый контур на разных ветках. Чтобы показать связь этих веток, используем понятие составной контур.
Иногда требуется обозначить контур двух разных веток (или группу веток) как единое целое, тогда две разные ветки, находящиеся в разных местах можно обозначить одним контуром. И такой контур будет называться составной или совмещенный контур. Если контур не составной, то это простой контур, и он будет являться веткой. То есть простой контур = ветка.
Составной контур называется потому, что он «состоит» из множество других веток. Получается, что составной контур обрастает другими контурами. В данном случае (см.схему выше) составной контур состоит из веток (2, 3). И обрастает другими ветками 4 и 6.
Данное понятие составной контур необходимо для того, чтобы понимать связи в цепях. И составной контур как бы обрастает зависимыми от него контурами.
Ветка отличается от контура тем, что веткой обычно необходимо обозначить один прямой без ветвления участок трубы.
По умолчанию, когда мы просто говорим контур, то подразумеваем составной контур. Если контур не составной, то он просто является веткой. Если мы хотим обозначить, что труба не содержит составные контура, то такой контур необходимо называть веткой.
Контуром можно называть целые системы, состоящие из отдельных веток.
Например, от котла идут различные разветвления на однотрубные системы. Тогда разветвление на однотрубную систему можно назвать составным контуром, которая содержит в себе отдельную цепь однотрубной системы отопления с несколькими радиаторами.
На схеме показано, что котловой контур делится на две однотрубные системы отопления. Между радиаторами проходит составной контур.
То есть веткой называем часть трубы от тройника до другого тройника, а контуром называем как бы группы веток объединенными различными связями. Конечно, в каждом конкретном случае необходимо давать понятия контурам. Так как контур может быть простым, составным, кольцом и тому подобное. Простой контур – это ветка, не обладающая связями с другими ветками.
Что такое контурное кольцо?
Контурное кольцо – это замыкание нескольких веток образующее замкнутое кольцо и ветки могут иметь разные расходы. Причем в данной схеме шесть контурных колец, но мы берем в расчет только три. Так как остальные три других кольца не имеют для нас особой ценности.
Контурное кольцо, как понятие нужно для того, чтобы понимать, как строятся различные цепи.
На основе понимания контурных колец лежит математический расчет различных цепей.
Контурное кольцо 1 – это соединение веток (1, 5) – простое кольцо
Контурное кольцо 2 – это соединение веток (2, 3, 5, 6) – сложное(сложенное) кольцо
Контурное кольцо 3 – это соединение веток (4, 6) – простое кольцо
Простые и сложные контурные кольца.
Простое кольцо – это контурное кольцо 1 и 3.
Сложное кольцо – это контурное кольцо 2.
Простое кольцо позволяет проще сделать математически расчет цепи
Сложное кольцо имеет более сложный математический расчет.
Сложные кольца порождают менее сбалансированные расходы в системах. Чем больше в системе сложных колец, тем больше нужно ее балансировать по расходам.
Двухтрубные системы отопления, содержащие в себе сложные кольца, требует балансировку радиаторов.
Двухтрубная система отопления на основе лучевой разводки содержит простые кольца. А простые кольца позволяют меньше балансировать радиаторы по расходам.
Разветвление коллектором порождает простые кольца, а разветвление тройниками на больших расстояниях порождает сложные контурные кольца.
Петля – этот термин в Российском понимании чаще всего обозначают ветку теплого водяного пола.
Что такое узел, соединение и разветвление?
Узел – это место соединения разных контуров(веток). То есть тройники и коллекторы образует узлы соединения разных веток(контуров). Также тройники создают разветвления. Другими словами соединение и разветвление это одно и то же.
Узел = соединение = разветвление
Место, в котором соединяются разные ветки, называют - Узел.
Пример, тройник в котором соединены трубы образует узел. Коллектор со множеством соединений образует множество узлов. Один тройник порождает две разные ветки.
Что такое первично вторичные кольца и кольца первого и второго порядка?
Первичное кольцо это контурное кольцо содержащее источник(генератор) тепла. Вторичные и третичные кольца это контурные кольца, расположенные в порядке от первичного кольца. То есть вторичное кольцо прикасается с первичным кольцом и образовывается от первичного кольца. А третичное кольцо образовывается от вторичного кольца.
Первичное кольцо – это контурное кольцо первого порядка.
Вторичное кольцо – это кольцо второго порядка.
Третичное кольцо – это кольцо третьего порядка.
Чем больше порядок колец, тем больше требуется балансировка радиаторов.
Если в кольцах будут находиться другие элементы, например, насосы, то это нисколько не меняет его понимания вторичного и третичного колец.
Гидрострелка порождает вторичное кольцо.
Что такое гидравлическое сопротивление?
Гидравлическое сопротивление ветки(трубы и других элементов) это способность ветки сопротивляться движению в ней жидкости или газа. Числовое значение сопротивления проще выразить через понятие Kvs. Но это значение чаще всего задается для различных элементов (кран, клапан, угол, сужение и тому подобное). Для нахождения потерь в трубах существуют специальные расчеты. Но и сопротивление в трубах можно выразить в Kvs, только учтите, что при расчетах будут некоторые погрешности связанные с вязкостью воды при различных температурах.
Это система трубопроводов(веток) образующих определенную схему соединения, указанная на схеме.
Однотрубная система отопления – это цепь трубопроводов, в которой множество контурных колец одного порядка располагаются на составном контуре. Если составной контур находится в кольце первого порядка, то кольца с радиаторами образуют кольцо второго порядка для всей системы отопления.
То есть однотрубную систему можно воспринимать как цепь отдельную от котла. То есть это цепь трубопроводов соединенная определенным образом, как показано на изображении схемы.
Расходы в радиаторах при однотрубной системе будут одинаковые, при условии одинаковых гидравлических сопротивлений на всех ветках. Расход в радиаторе будет зависеть от сопротивления байпасов с тройниками.
На однотрубную систему лучше не ставить термостатические клапана, так как они обладают достаточным сопротивлением, чтобы уменьшить расход через радиатор. По моим наблюдениям расходы эти почти впритык. В каждом конкретном случае нужно делать гидравлический расчет системы отопления.
Количество радиаторов не нужно бездумно превышать более 10. Об этом поговорим ниже.
Однотрубную систему называют Ленинградкой.
Существует однотрубная система без образования колец одного порядка, это когда на одну ветку(контур, кольцо) подключаются несколько радиаторов.
Данная схема применяется редко в силу того, что не имеет возможности отключать радиатор. В такой схеме сразу работают все радиаторы без возможности отключать их по отдельности.
Что такое двухтрубная система отопления?
Это система трубопроводов(веток) образующих определенную схему соединения указанная на схеме.
Двухтрубная система отопления – это цепь трубопроводов образующих множество контурных колец, цель которых разделить определенное контурное кольцо на множество простых и сложных колец. Можно такую цепь назвать: Двухтрубная-классическая. Самый распространенный вариант. Ветки, не относящиеся к веткам радиатора в двухтрубной системе можно называть раздающими магистральными трубопроводами. То есть на всем пути раздающих магистральных труб подключаются ветки радиаторов.
Другими простыми словами подающий теплоноситель (до радиатора) не должен смешиваться с обратным теплоносителем в этой цепи. Идет строгое разделение на подачу и обратку радиатора. Не допускается выход из радиатора остывшего теплоносителя на подающую ветку радиатора.
Если задать всем веткам одинаковое гидравлическое сопротивление, то расход будет таков:
Ветка 1 > Ветка 2 > Ветка 3.
В последней третьей ветке расход будет меньше всего. Чем больше гидравлическое сопротивление веток(1, 2, 3), тем более равномерно будет распределен расход между ветками. То есть расход ветки 1 будет меньше отличаться от расхода ветки 3.
Чем меньше будет гидравлическое сопротивление в раздающей магистральной трубе, тем более равномерно будет поделен расход между радиаторными ветками.
Чем больше радиаторных веток, тем меньше будет расхода в последних ветках (третьей ветке). Чем больше будет возникать гидравлическое сопротивление между радиаторными ветками (раздающими магистральными трубами), тем сильнее будет отличаться расход между ветками 1 и 3. Для подбора диаметров нужно делать гидравлический расчет и анализ цепи в различных гидравлических условиях. Об этом поговорим ниже.
Что такое лучевая разводка системы отопления?
Лучевая разводка системы отопления – это цепь трубопроводов образующих множество простых колец одного порядка.
Лучевая разводка выполняется с помощью коллектора. За счет того, что коллектор создает узлы, между которыми отсутствует гидравлическое сопротивление, образуются простые контурные кольца.
Лучевая разводка - это тоже двухтрубная система отопления, но с той разницей, что контурные кольца у нее простые. То есть это цепь трубопроводов образованная множеством простых (не сложных) колец. Если веткам задать одинаковое гидравлическое сопротивление, то расход в них будет одинаковый.
Простое кольцо - это кольцо, которое не содержит в себе вложенные кольца. Сложенное кольцо содержит вложенные кольца. Каждое вложенное кольцо порождает порядок колец. Пример, вложенное кольцо в кольцо - это кольцо второго порядка. Если у вторичного кольца имеется третичное кольцо(вложенное кольцо), то вторичное кольцо будет считаться сложным.
То есть простое кольцо состоит из двух веток, а сложное кольцо состоит из 3 и более веток.
Что такое петля Тихельмана?
Это система трубопроводов(веток) образующих определенную схему соединения, указанно на схеме.
Цепь петли Тихельмана обладает особенными ветвлениями веток. Она создается за счет смешения контурных колец. В петле Тихельмана находятся смешанные кольца. И для нее нет возможности указать порядок вложенных колец. Если в петле Тихельмана 4 радиатора, то в ней находятся 3 смешанных кольца. Рекомендуется такую цепь называть петлей Тихельмана и указать, сколько в ней количество радиаторов.
Данную цепь еще называют двухтрубная попутная система отопления или просто попутная.
В интернете ходит слух по многим статьям, что петля Тихельмана не нуждается в балансировке.
Не верьте этому!!!
Петля Тихельмана нуждается в балансировке!!!
Если всем веткам в петеле Тихельмана задать одинаковые гидравлические сопротивления, то расход будет большим на ветке 1 и 3. А на ветке 2 расход будет равен нулю!
Посмотрите на эту схему! Как можно понять, что в ветке 2 будет расход больше нуля?
Если все ветки в данной цепи имеют одинаковое гидравлическое сопротивление, то расход в ветке 2 будет равен нулю!!!
На практике петли Тихельмана работают благодаря тому, что ветки имеют разные гидравлические сопротивления. В радиаторных ветках гидравлическое сопротивление больше. Этот эффект сопротивления позволяет меньше балансировать радиаторы по расходам пока радиаторов мало (примерно 3-5). Чем больше сопротивление радиаторной ветки, тем больше можно садить радиаторов. Сопротивление радиаторным веткам можно придать за счет термостатических и балансировочных клапанов.
Ниже мы рассмотрим, какие диаметры выбирать веткам петли Тихельмана.
Система отопления с гидрострелкой
Гидрострелка – это гидравлический разделитель. Гидрострелка разделяет(отделяет, убирает) влияние по давлению и расходу одного кольца на другое. За счет того, что в ветке гидрострелки гидравлическое сопротивлении очень маленькое, достигается уменьшения влияния. Влияние настолько маленькое, что его нет смысла считать. То есть влияние насоса первичного кольца не влияет на изменения давления и расхода вторичного кольца и наоборот. Кроме этого никакого волшебства там не происходит. Ниже я опишу достоинства и недостатки каждой схемы.
Почему увеличивают диаметр гидрострелки? – Это позволяет уменьшить вертикальную скорость в гидрострелке для оседания шлама и выделения воздуха. Но это на самом деле никакой ценности не представляет!!! Шлам будет оседать в фильтре грязевике. А воздух может быть растворен в воде, и высвободится он может не в гидрострелке, а в первом радиаторе. Для оседания шлама существуют свои элементы – это сепараторы шлама. Для выделения воздуха - сепараторы возхдуха. Некоторые производители гидрострелок снабжают их сетками для торможения в них течения теплоносителя и отделения шлама.
Есть еще понимание того, что между подачей и обраткой в гидрострелке нужно выставлять расстояние 250-300 мм. Связано это с потерей тепловой энергии. Чем ближе подача к обратке, тем сильнее возникает между ними температурный напор. Этот температурный напор должен возникать в отопительных приборах(с воздухом), а не между подачей и обраткой трубопроводов. Вот с этим и связано расстояние между подачей и обраткой. То есть у нас возникает потеря тепловой энергии в гидрострелке. Сама по себе тепловая энергия уходит обратно в котел. Она не теряется, просто уменьшается температурный напор системы отопления. Ну, это ничтожные цифры, так что не морочьте себе голову. Делайте расстояние 150-350 мм. Лучше сделайте больше чем меньше. Для пластиковых тройниковых гидрострелок малого диаметра можно расстояние сделать 100 мм. Так как передача температуры от подачи в обратку будет меньше, чем у стальных труб с большим диаметром. Если мощность отопления более 100 кВт то тут ориентируйтесь на здравый смысл, увеличивайте расстояние исходя из возрастания тепловой мощности отопления и теплопроводности стенки трубы вместе с водой от подачи в обратку. В общем если труба имеет большой диаметр, то расстояние между подачей и обраткой должно возрастать. В общем, увеличивайте расстояние исходя из возрастания диаметра. Увеличили диаметр в два раза, тоже увеличивайте расстояние между подачей и обраткой в два раза. Ошибка в 100-200 мм никакого вреда не принесет – будьте уверены. Специалисты, которые высчитывают это расстояние, высчитывают на самом деле потерю температурного напора на стыке гидрострелки. С уменьшением температурного напора, уменьшается передача тепловой энергии на единицу расхода. То есть, если есть потери температурного напора, то вам просто нужно давать больше расхода. Система с потерями температурного напора требует большего расхода. А расчет учитывает много часов работы системы отопления. И скажем расчет на 1 год, может сказаться на вашем кошельке. Вы не дополучите какой-то части температурного напора.
Гидрострелка предназначена сделать так, чтобы влияние насоса по расходам и давлению не передавалась из одного кольца в другое. Это нужно для того, чтобы иметь широкий диапазон изменения расходов. Во вторичном кольце требуется иметь разнообразный диапазон расходов теплоносителя. А в первичном кольце, рекомендуется не менять расход. Во всяком случае – это нужно для газовых и иных котлов(с учетом ограничения температурного напора). Газовым котлам запрещается уменьшать расход. Это приводит к высоким температурным перепадам.
Например, во вторичном кольце Вы имеете автоматически отключающиеся контура. Отключение контуров приводит к уменьшению расходов. Чтобы не допускать уменьшение расходов котла, ставится гидрострелка. И во вторичном контуре можете уменьшать расход до нуля. Теплоноситель в котле будет бежать только в первичном кольце.
Гидрострелка еще увеличивает равномерное распределение температурного напора для всех контуров. При первых пусках или скачках температуры, некоторые узлы в системе (например, смесительный узел теплого пола) начинают потреблять слишком большой расход. Гидрострелка позволяет этим узлам получить достаточно расхода, чтобы не портить работу вех контуров в большой системе отопления.
За место гидрострелки, Вы можете поставить тройниковую гидрострелку (просто замкнуть подачу и обратку обычным куском трубы через тройники). Это сэкономит Вам деньги на покупку дорогой гидрострелки, и к тому же с точки зрения гидравлики вы получите тот же эффект. Другое дело, что существуют гидрострелки с сеткой внутри для отделения плавающего шлама.
Система отопления с первично-вторичными кольцами, что это такое?
Пример схемы показан ниже:
Но ведь гидрострелка на схеме - это просто кусок трубы? Не так ли?
Саму гидрострелку можно собрать тупо из тройников
Вот это и есть так называемая система отопления с первично-вторичными кольцами.
Смысл такого деления в том, чтобы получить разные температуры на контурах вторичных колец.
То есть в такой последовательности возникает приоритет получения высокой температуры. ГВС получит всегда высокую температуру. А теплый водяной пол получит всегда ту температуру, которая останется от двух других контуров.
Такая схема еще лучше, чем выше представленная. А здесь я Вам предлагаю догадаться, чем она лучше! И написать в комментариях, чем она лучше. А позже через неделю я Вам напишу свое представление улучшение схемы. Если я забуду, то напишите в комментариях, об ответе.
Достоинство и недостатки каждой схемы системы отопления
Однотрубная система отопления
Достоинство однотрубной системы отопления:
1. Экономия на трубопроводе
2. Быстрый монтаж трубы
3. Почти не требуется балансировка между радиаторами
4. Гидравлика может быть стабильна многие годы, не смотря на отложения в трубах.
Недостатки однотрубной системы отопления:
1. Чаще всего не дает достаточного напора для использования термостатических клапанов. Потому что напор на радиатор образовывается сопротивлением тройникового перехода и байпаса между ними. Увеличение сопротивления на байпасе приводит к увеличению гидравлического сопротивления всей цепи однотрубной системы, что потребует более мощного насоса. Однотрубную систему лучше использовать без термостатических клапанов.
2. С каждым последующим радиатором температура радиатора становится меньше. Расход нужно рассчитывать таким образом, чтобы перепад был не большим, чтобы последнему радиатору температура снизилась максимум на 10 градусов.
3. Для низкотемпературной системы отопления не подходит, потому что в такой системе нужно на каждый радиатор получать максимальную температуру. Однотрубная система имеет проблему с сохранением начальной температуры от котла до последних радиаторов.
Рекомендации для однотрубной системы отопления:
Не превышайте 5 радиаторов. Лучше сделайте две или три однотрубные системы по 5 радиаторов. Ниже будет объясняться ограничение в количестве радиаторов.
Двухтрубная система отопления
Достоинство двухтрубной системы отопления:
1. В каждый радиатор попадает одинаковая температура теплоносителя.
2. Возможность ставить любые краны и клапаны (термостатические клапаны).
3. Подключение можно осуществлять с боку и менять мощность радиатора изменив количество секций.
Недостатки двухтрубной системы отопления:
1. Требуется балансировка радиаторов по расходам
2. Распределение расходов: Чем дальше порядок колец, тем ниже расход радиатора. Трудно балансировать, если цепь состоит из большого порядка контурных колец.
Рекомендации для двухтрубной системы отопления.
Не превышать 10 радиаторов. Ниже описано более детально, почему этого нельзя делать.
Система отопления с применением лучевой разводки
Достоинство лучевой разводки:
1. Меньше всего нуждается в балансировке радиаторов, за счет отсутствия сложных контурных колец.
2. Возможность на коллекторе поставить кран для отключения каждой радиаторной ветки (высокая ремонтопригодность)
3. Подтек радиатора и пробой трубы не требуют моментальной починки. Не исправные ветки просто перекрываются краном.
4. Можно не опасаясь прятать трубы в бетонном полу за счет того, что там не будут использованы тройники, как в других схемах.(к полипропиленовым трубам не относится)
Недостатки лучевой разводки:
1. Чаще оказывается дорогой, за счет стоимости коллекторного узла.
2. Долгий монтаж труб, потому что длина трубы возрастает.
Система отопления с применением Петли Тихельмана
Достоинство петли Тихельмана:
1. Требует меньше балансировки радиаторов по расходу по отношению к двухтрубной системе отопления
2. Балансировать расходы радиаторов можно через диаметры определенных веток.
3. В каждый радиатор попадает одинаковая температура теплоносителя.
4. Возможность ставить любые краны и клапаны (термостатические клапаны).
5. Подключение можно осуществлять с боку и менять мощность радиатора изменив количество секций.
Недостатки петли Тихельмана:
1. Требуется балансировка радиаторов по расходу!
2. Распределение расходов: Чем больше радиаторов, тем ниже расход средних радиаторов. Чем больше радиаторов, тем тяжелее балансировать.
3. Иногда потребуется больше монтировать трубы.
Рекомендации для петли Тихельмана
1. Не превышать количество радиаторов 15.
2. Выставлять различные диаметры (создавать ступени перехода диаметров)
3. Ставить балансировочные-настроечные клапаны на каждую радиаторную ветку
О том, какие диаметры и где выставлять описано ниже…
Система отопления с гидрострелкой
Достоинство отопления с гидрострелкой:
1. Контур котла освобождается от гидравлических потерь всей цепи отопления
2. Контур котла работает стабильно на постоянно больших расходах. Это уменьшает температурный перепад. Это увеличивает срок службы котла.
3. За счет увеличения расхода увеличивается КПД котла.
4. Возможность иметь в системе отопления, автоматически отключающиеся контура. Не страшны перепады расходов.
5. Одна температура всем кольцам третьего порядка это дает эффект равномерного прогревания всех контуров третьего порядка.
6. Сумма контуров третьего порядка могут иметь 1, 5 – 2 раза больше расход, чем у котла. Это дает эффект равномерного прогрева. Если бы не было гидрострелки, то отдельные потребители страдали бы из-за нехватки расхода.
Недостатки системы отопления с гидрострелкой:
1. Покупать дорогую гидрострелку (можно не покупать, сделать из тройников)
2. Дополнительные циркуляционные насосы в системе, которые отбирают электроэнергию. (это бывает оправдано в необходимости)
Система отопления с первично-вторичными кольцами
Достоинство системы отопления с первично-вторичными кольцами:
1. Отличительной особенностью является то, что можно задавать контурам температурные приоритеты. Кому-то много тепла, кому-то, что останется.
2. Контур котла освобождается от гидравлических потерь всей цепи отопления
3. Контур котла работает стабильно на постоянно больших расходах. Это уменьшает температурный перепад. Это увеличивает срок службы котла.
4. За счет увеличения расхода увеличивается КПД котла.
5. Возможность иметь в системе отопления, автоматически отключающиеся контура. Не страшны перепады расходов.
Недостатки системы отопления с первично-вторичными кольцами:
1. Может быть то, что последнему вторичному кольцу может долгое время попадать низкая температура. Система на старте будет прогреваться не равномерно. Последний в приоритете температуры будет прогреваться в последнюю очередь.
Почему нельзя превышать количество радиаторов в определенных цепях?
В однотрубной системе отопления превышение количество радиаторов приведет к уменьшению температуры последних радиаторов. Каждое радиаторное кольцо оставляет определенный напор, который нужен для расхода радиатора. Чем больше количество радиаторов, тем больше потеря напора на весь контур однотрубной системы. То есть при последовательном соединении каждая потеря напора в кольце радиатора только складывается (суммируется). Если Вы постараетесь специально уменьшить потерю напора путем увеличения диаметра, то это приведет к тому, что напора в радиатор будет недостаточно и расход в радиаторе будет маленький. Ниже будут представлены рабочие схемы с диаметрами.
В двухтрубной системе отопления со сложными кольцами тоже нельзя превышать определенное количество радиаторов. Если Вы попытаетесь выбрать специальный диаметр разводки, который уменьшит влияние гидравлических потерь, то это приведет к очень низкой скорости течения теплоносителя. А у низкой скорости два недостатка: 1. Это переплата за большой диаметр 2. Это отложения в трубах. Чем ниже скорость теплоносителя, тем быстрее и вероятнее всего будут отложения в трубе. А отложения в трубе приведет к увеличению гидравлического сопротивления. А изначально диаметр увеличивался для уменьшения гидравлического сопротивления. Если скорость теплоносителя 0, 15 м/сек и ниже, то меняйте схему разводки. Делайте больше ветвления. То есть у котлового контура, делайте разводку на две или три отдельные двухтрубные системы. Схемы с диаметрами будут ниже.
В лучевой разводке количество радиаторов ограничивается только производительностью(расходом) самого коллектора. В данной цепи необходимо учитывать потерю напора каждой ветки. Если на ветке будут большие гидропотери, то получите уменьшение расхода этой ветки. Если гидравлические сопротивления между ветками сильно отличаются, то необходимо ставить коллектора с расходомерами(можно отказаться от расходомеров, если ставить балансировочные-настроечные клапаны на радиатор). Обычно расходомеры в коллекторах имеют встроенный настроечный клапан. Сопротивление самого тяжелого контура не должно превышать более 3 м.в.ст. Вызвано это ограничением настроечного клапана (чувствительность настройки). То есть Вы не сможете точно настроить контура с малым гидравлическим сопротивлением.
В петле Тихельмана тоже нельзя бездумно навешивать любое количество радиаторов. В таких цепях тоже наступает предел по количеству смешанных колец. Чем больше радиаторов, тем сложнее будет ее балансировать по расходам. Тут бесполезно увеличивать диаметр, чтобы уменьшить гидравлические потери. Во-первых, увеличивать диаметр потребует больше финансовых затрат. Во-вторых, это имеет некоторые сроки работы системы. Там где медленно бежит теплоноситель, быстрее зарастают трубы. А заросшие трубы увеличивают в них гидравлические потери. Рано или поздно большой диаметр будет бесполезен.
Диаметры для петли Тихельмана рассмотрим ниже.
Получается, что во всех системах необходимо соблюдать ограниченный порог количества радиаторов.
Точный порог радиаторов для различных цепей можно рассчитать в этом программном обеспечении:
Что влияет на изменение схемы цепей систем отопления?
Конечно, влияет геометрия отапливаемого помещения. Также влияет ограниченность использования радиаторов для различных цепей рассказанных выше. Чем больше радиаторов в большой системе отопления, тем больше нужно создавать разветвлений. То есть нужно котловой контур делить на множество отдельных контуров(цепей) с определенным количеством радиаторов. Например, не городить однотрубную цепь на 20 радиаторов, а сделать две отдельные однотрубные цепи с 10-ю радиаторами.
Какими должны быть диаметры различных цепей?
Я приготовил коллекцию полезных схем, которые помогут сильно не ошибиться в выборе диаметров той или иной схемы отопления. Данные диаметры были просчитаны программой Auto-Snab 3D
Диаметры для однотрубной системы отопления
Схема 1. Однотрубная система (Работать будет, но не рекомендуется!)
Насос wilo 25/6
Подача: 75 градусов
Труба: Полипропилен
Составной контур D1 = ПП25, длина трубы 30 м.
Байпас D2 = ПП20
Ветка радиатора D3 = ПП20
Тройник ПП25 х 20 х20
Количество радиаторов 10, мощность одного радиатора 1800 Вт. Фактически 1000 Вт.
Перепад между первым и последним радиатором 10 градусов будет при условии фактического потребления всей системы 10 кВт.
Вывод: насос 25/6 работает на пределе возможностей. Потеря напора в цепи: до 5м.в.ст. Расход 14 л/мин. Это теоретический расчет. Не учитывалось снижение 15-20%.Такую схему использовать не разумно! Данный насос может выдавать больше расхода.
Если использовать тройник ПП32 х 20 х25, то расход увеличится до 21 л/мин. Это прирост производительности на 30-40%. Но и этого мало. Насос может еще больше. Получается, как не крути, а 10 радиаторов вешать на однотрубную систему просто не целесообразно в силу особенности сложения гидравлических потерь. Лучше на однотрубную систему вешать примерно 5 радиаторов.
Если у Вас 20 радиаторов, то лучше сделать 4 однотрубные системы по 5 радиаторов. И подключить их параллельно друг другу. Насос Wilo 25/6 способен осилить эту производительность.
То есть смотрите, какая разница:
1. Насос Wilo 25/6 и 10 радиаторов в одной однотрубной системе (10 кВт)
2. Тот же насос Wilo 25/6 и 20 радиаторов (только 4 однотрубные системы по 5 радиаторов.) (20 кВт)
Прирост мощности отопления в два раза: С 10 кВт до 20 кВт.
Дело в том, что чем меньше сопротивление отопления, тем больше расход насоса. 10 радиаторами на одной однутробной системе мы увеличим сопротивление системы. А схема (4 однотрубные по 5 радиаторов) увеличивают производительность насоса в 2 раза. При желании можно и в 3 раза увеличить.
Если Вы собираетесь много радиаторов посадить на один насос, то нужно уменьшать количество радиаторов в однотрубной системе до 5 радиаторов.
Представленные выше схемы позволяют подключать термостатические клапана(0, 5 Kvs), но температурный перепад радиатора станет 10-15 градусов. Без термостатических клапанов температурный перепад радиатора 2-5 градусов.
Температурные перепады 10-15 градусов слишком расточительные для низкотемпературных систем отопления. Потому, что КПД радиатора сильно падает.
Диаметры для двухтрубной системы отопления
Схема 2. Двухтрубная (Предел до 5 радиаторов – не рекомендуется)
Насос wilo 25/6
Подача: 75 градусов
Труба: Полипропилен
Количество радиаторов 5, мощность одного радиатора 1800 Вт. Фактически 1000 Вт.
Радиаторная ветка: ПП20 подключение через шаровые краны 1/2
Ветки D1, D2, D3, D4, D5 = ПП25, длина каждой трубы 5 м.
Вывод: Двухтрубная система при таких параметрах максимум до 5 радиаторов. Такая схема без (термостатических и балансировочных)клапанов просто расточительное удовольствие.
Если будите ставить термостатические клапана(0.5 Kvs), то можно подключить до 10 радиаторов.
В идеале, чтобы посадить на двухтрубную много радиаторов обязательно нужно использовать балансировочные клапана.
Схема 3. Двухтрубная (максимум 15 радиаторов – не рекомендуется!)
Насос wilo 25/6
Подача: 75 градусов
Труба: Полипропилен
Количество радиаторов 15, мощность одного радиатора 1800 Вт. Фактически 1000 Вт.
Радиаторная ветка: ПП20 подключение через термостатический клапан(0, 5 Kvs) и настроечный клапан (1, 8 Kvs)
Ветки D1, D2, D3, D4, D5 = ПП32, длина каждой трубы 5 м.
Ветки D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15 = ПП25, длина каждой трубы 5 м.
Температурный перепад получится 13-15 градусов.
Вывод: На двухтрубную классическую схему можно насадить максимум 15 радиаторов при условии установки балансировочных клапанов. Как минимум на первых 5 радиаторах нужно увеличивать сопротивление на настроечных клапанах.
Не рекомендую эту схему потому, что она работает на пределе своих настроечных показателях. И ни какие диаметры и сопротивления ни приведут к хорошим показателям. Увеличение напора насоса и большое сопротивление на настроечном клапане приведут к шуму течения теплоносителя. А увеличения диаметра для уменьшения сопротивления будет: Во-первых дорогим удовольствием, и во вторых уменьшение скорости течения теплоносителя приведет к быстрому зарастанию трубы, что вызовет увеличение гидравлического сопротивления. И увеличение диаметров станет бесполезным мероприятием.
Конечно, можно хорошо наладить двухтрубную систему с 15-20-ю радиаторами, но нужно будет делать анализ цепи, и вымерять каждый диаметр. Диаметры труб могут быть ПП40 и более.
Рекомендую делить систему отопления на несколько отдельных двухтрубных по 5-10 радиаторов.
Диаметры для лучевой разводки системы отопления
Здесь я рассматривать схемы не буду, так как лучевая разводка создает простые кольца. И количество соединений в коллекторе грубо будет напрямую зависеть от производительности(расхода коллектора). Скажу, что на коллектор Вы можете загрузить хоть 20 радиаторов, главное чтобы контур коллектора был способен выдать необходимый расход для всех радиаторов.
Если на ветке будут большие гидропотери, то получите уменьшение расхода этой ветки. Если гидравлические сопротивления между ветками сильно отличаются, то необходимо ставить коллектора с расходомерами. Обычно расходомеры в коллекторах имеют встроенный настроечный клапан. Сопротивление самого тяжелого контура не должно превышать более 3 м.в.ст. Вызвано это ограничением настроечного клапана (чувствительность настройки). То есть Вы не сможете точно настроить контура с малым гидравлическим сопротивления.
Диаметры для цепи петли Тихельмана
Схема 4. Петля Тихельмана на 5 радиаторов (для примера – не рекомендуется!)
Насос wilo 25/6
Подача: 75 градусов
Труба: Полипропилен
Количество радиаторов 5, мощность одного радиатора 1800 Вт. Фактически 1000 Вт.
Радиаторная ветка: ПП20 подключение через шаровые краны 1/2
Ветка D0 = ПП25 длина 15 м.
Ветки П1, П2, П3, П4, П5, O1, O2, O3, O4, О5 = ПП25, длина каждой трубы 5 м.
Вывод: Такие параметры даже еще хуже, чем при классической двухтрубке. В третьем радиаторе будет такой маленький расход, что будет температурный перепад больше 20 градусов. Максимальный расход будет в первом и последнем радиаторе.
Поэтому балансировать расходы между радиаторами нужно через расстановку различных диаметров на ветке. Например, уменьшить диаметр трубы веток первого и последнего радиатора. В случаях металлопластиковых труб, это бы оказалось более влиятельно. Так как МП16 имеет меньшую пропускную способность, чем минимальный ПП20.
Уменьшив диаметр на первом и последнем радиаторе, ПП20 мы увеличим приток в третий радиатор, но этого все равно будет не достаточно. Анализы расходов я проводил в программе: Auto-Snab 3D
Посмотрим, что будет, если Мы поставим термостатические клапаны
Увеличивая сопротивление радиаторной ветки за счет термостатических клапанов, мы создаем более равномерное распределение расходов, а если расходы одинаковые, то и температурные перепады становятся одинаковыми.
Схема 5. Петля Тихельмана на 15 радиаторов. (возможно ли более 10 радиаторов?)
Да, возможно! И вот эта схема:
Насос wilo 25/6
Подача: 75 градусов
Труба: Полипропилен
Количество радиаторов 15, мощность одного радиатора 1800 Вт. Фактически 1000 Вт.
Радиаторная ветка: ПП20 подключение через термостатические клапаны(0, 5 Kvs) и настроечные клапаны (1.8 Kvs)
Ветка D0 = ПП32 длина 20 м.
Ветки П1, П2, П3, П4, П5, П6, П7, O15, O14, O13, O12, О11, О10, О9 = ПП32, длина каждой трубы 5 м.
Ветки П8, П9, П10, П11, O8, O7, O6, О5 = ПП25, длина каждой трубы 5 м.
Ветки П12, П13, П14, П15 , O4, O3, O2, O1 = ПП20, длина каждой трубы 5 м.
Вывод: Такая схема будет работать лучше в два раза, чем двухтрубная классическая с таким же количеством радиаторов.
Схема петля Тихельмана с определенными диаметрами позволяет сделать максимум до 20 радиаторов. Обязательно будет нуждаться в балансировочных настроечных клапанах. Свыше 20 радиаторов наступает предел возможности балансировать такую систему.
Петлю Тихельмана можно сделать и с большим количеством радиаторов: Более 20. Для этого нужен особый подход. Об этом ниже.
Подбор диаметров для петли Тихельмана
Правильное распределение ступеней в петле Тихельмана
Вы заметили, что ПП32 идет от первого радиатора до среднего радиатора и потом остальное делится пополам. Такие переходы в обиходе называют ступенями перехода диаметров для улучшения гидравлического распределения давления.
Для петли Тихельмана диаметр подбирается примерно следующим образом как показано на схеме:
Ограничения по количеству радиаторов:
Обывательский способ трубой ПП25-ПП32.
Однотрубная цепь 5 радиаторов до 5 (экономично-хорошая), до 10(работать будет, но экономика плохая)
Двухтрубная (классическая) до 10 радиаторов с настроечными клапанами.
Петля Тихельмана до 20 радиаторов с обязательным подбором определенных диаметров и с балансировочными клапанами.
Петля Тихельмана без определенных диаметров до 10 радиаторов с обязательными настроечными клапанами.
Если в петле Тихельмана не учитывать диаметры и настроечные клапана, то работать она будет с максимум 3-5 радиаторов.
Ограничение по количеству радиаторов в теоретическом смысле:
Если брать диаметр больше чем ПП32 и выставлять минимально допустимые скорости течения теплоносителя, то количество радиаторов может быть ограничено только длиной магистральных подводящих труб. Например, имеем 50 метров, и можно любое количество радиаторов насадить на эти 50 метров. То есть, если брать теоретические расчеты, то ограничение возникает только той трубой, которая раздает теплоноситель радиаторам.
Для расчета ограничения необходимо указать некоторые условия, которые будут ограничивать количество радиаторов.
Условия ограничения:
1. Скорость течения теплоносителя 0, 5 м/сек
2. Минимальное сопротивление настроечного клапана, позволяющее стабильно держать это сопротивление 0, 2 Kvs
Потери напора при одной и той же скорость течения теплоносителя для каждого диаметра - разный. У большого диаметра потери меньше, чем у маленького. Если выбрать диаметр ПП50, то потери на метр трубы составят 0, 01 м.в.ст.
0, 2 Kvs при расходе 1, 5 л/мин (расход первого радиатора) дает потерю 2 м.в.ст. 2 м. делим на 0, 01 м.в.ст. получаем длину раздающей магистральной трубы = 200 м. Конечно, еще нужно учесть небольшие сопротивления в тройниках на каждую ветку радиатора. В итоге получается раздающая труба, может занять максимум 140 метров. Делим 140 на две раздающие трубы, получаем длину 70 метров. И на этих 70 метрах трубы можно через каждые 5 метров поставить радиатор. Их получится всего 14 радиаторов.
В общем, в каждом конкретном случае нужно считать и ограничения будут вызваны двумя показателями: Это минимальная скорость течения теплоносителя и минимально допустимая настройка радиаторной ветки.
Скорость вызвана отложением в трубах. Нельзя сильно уменьшать скорость – иначе этот участок трубы просто может забиться грязью и наростом, которые увеличат гидравлические потери в трубе. Да и нет желания покупать трубу большого диаметра из-за экономического фактора.
Минимально допустимая настройка ограничивает настройку первых радиаторов. Если настройка будет плохой, то первые радиаторы будут съедать большую часть расхода, а это экономически не выгодно.
Правила подбора диаметров
Конечно, для подбора диаметров необходимо делать гидравлический расчет. Необходимо точно вымерять какие будут расходы и давления для каждого контура(ветки) системы отопления.
Но я еще приготовил для Вас некоторые полезные правила:
1. Скорость теплоносителя не превышать 1, 5 м/сек. И не уменьшать менее 0, 15 м/сек.
2. Для принудительно увеличения гидравлических потерь можно допускать скорость 1, 5 м/с
3. Скорость, превышающая 1, 5 м/сек. создает шумы движения теплоносителя в трубе.
4. Для коротких контуров до 30 м. скорость максимум до 1 м/сек.
5. Для длинных контуров до 100 м. скорость 0, 15-0, 5 м/сек. При условии специального снижения гидравлических потерь.
6. Старайтесь, чтобы потеря напора на контуре не превышала 1/2 часть напора насоса при установленных расходах.
