Metodologia per il calcolo degli scambiatori di calore

I design degli scambiatori di calore sono molto diversi, ma esiste una tecnica generale calcoli termici, che può essere utilizzato per calcoli privati ​​a seconda dei dati iniziali disponibili.

Esistono due tipi di calcoli termotecnici degli scambiatori di calore: progettazione (progettazione) e calibrazione.

Calcolo del progetto prodotto durante la progettazione scambiatore di calore, quando vengono specificate le portate del liquido refrigerante e i relativi parametri. Lo scopo del calcolo di progetto è determinare la superficie di scambio termico e le dimensioni di progetto dell'apparecchio selezionato.

Calcolo di verifica viene effettuato per identificare la possibilità di utilizzare scambiatori di calore esistenti o standard per quelli processi tecnologici in cui viene utilizzato questo dispositivo. Durante il calcolo di verifica vengono specificate le dimensioni dell'apparecchio e le sue condizioni operative e l'incognita è la produttività dello scambiatore di calore (effettiva). Viene effettuato un calcolo di verifica per valutare il funzionamento del dispositivo in modalità diverse da quella nominale. Come questo. modo, scopo calcolo di verificaè la scelta delle condizioni che garantiscono modalità ottimale funzionamento del dispositivo.

Il calcolo del progetto consiste in calcoli termici (ingegneria del calore), idraulici e meccanici.

Sequenza dei calcoli di progettazione. Per effettuare il calcolo è necessario specificare: 1) la tipologia dello scambiatore di calore (batteria, a fascio tubiero, tubo in tubo, spirale, ecc.); 2) nome del liquido di raffreddamento riscaldato e raffreddato (liquido, vapore o gas); 3) produttività dello scambiatore di calore (quantità di uno dei refrigeranti, kg/s); 4) temperature iniziali e finali dei liquidi refrigeranti.

È necessario determinare: 1) parametri fisici e velocità di movimento dei liquidi refrigeranti; 2) consumo di fluido riscaldante o refrigerante in base al bilancio termico; 3) la forza trainante del processo, vale a dire differenza di temperatura media; 4) scambio termico e coefficienti di scambio termico; 5) superficie di scambio termico; 6) dimensioni strutturali dell'apparecchio: lunghezza, diametro e numero di spire della bobina, lunghezza, numero di tubi e diametro dell'involucro in un apparecchio a fascio tubiero, numero di spire e diametro dell'involucro in un apparecchio a spirale termica scambiatore, ecc.; 7) diametri dei raccordi di ingresso e uscita dei liquidi refrigeranti.

Il trasferimento di calore tra i refrigeranti varia in modo significativo a seconda Proprietà fisiche e parametri dei mezzi di scambio termico, nonché dalle condizioni idrodinamiche del movimento del refrigerante.

L'incarico di progettazione specifica i mezzi di lavoro (refrigeranti), le loro temperature iniziali e finali. È necessario determinare la temperatura media di ciascun ambiente e a questa temperatura ricavare i valori dei relativi parametri fisici utilizzando tabelle di riferimento.

La temperatura media dell'ambiente può essere determinata approssimativamente come la media aritmetica delle temperature iniziale t n e finale t k.

Principale parametri fisici i mezzi di lavoro sono: densità, viscosità, calore specifico, conduttività termica, punto di ebollizione, calore latente di evaporazione o condensazione, ecc.

Questi parametri sono presentati sotto forma di tabelle, diagrammi, monogrammi nei libri di consultazione.

Quando si progettano apparecchiature per lo scambio di calore, è necessario sforzarsi di creare tali portate di refrigeranti (i loro mezzi di lavoro) alle quali i coefficienti di trasferimento di calore e la resistenza idraulica sarebbero economicamente vantaggiosi.

La scelta di una velocità adeguata è di grande importanza per il buon funzionamento dello scambiatore di calore, poiché all'aumentare della velocità i coefficienti di scambio termico aumentano notevolmente e la superficie di scambio termico diminuisce, cioè Il dispositivo ha dimensioni di progettazione più piccole. Contemporaneamente all'aumento della velocità aumenta la resistenza idraulica dell'apparato, ad es. consumo di energia per azionare la pompa, nonché il pericolo di colpi d'ariete e vibrazioni dei tubi. Il valore minimo della velocità è determinato dal raggiungimento del movimento del flusso turbolento (per liquidi facilmente spostabili e a bassa viscosità, il criterio di Reynolds è Re > 10000).

La velocità media di movimento del mezzo è determinata dalle equazioni delle portate volumetriche e di massa:

SM; , kg/(m 2 s), (9,1)

dove è la velocità lineare media, m/s; V—portata volumetrica, m3/s; S – area della sezione trasversale del flusso, m2; – velocità media della massa, kg/(m 2 /s); G - flusso di massa, kg/s.

Relazione tra massa e velocità lineare:

, (9.2)

dove è la densità del mezzo, kg/m3.

Per i diametri dei tubi applicati (57, 38 e 25 mm), si consiglia di prendere la velocità dei liquidi a circa 1,5 - 2 m/s, non superiore a 3 m/s, il limite di velocità più basso per la maggior parte dei liquidi è 0,06 - 0,3 m/sec. La velocità corrispondente a Re = 10000 per liquidi a bassa viscosità nella maggior parte dei casi non supera 0,2 - 0,3 m/s. Per i liquidi viscosi, la turbolenza del flusso si ottiene a velocità significativamente più elevate, quindi nei calcoli è necessario assumere un regime debolmente turbolento o addirittura laminare.

Per i gas a pressione atmosferica velocità di massa consentite di 15 - 20 kg/(m 2 s), il limite inferiore 2 - 2,5 kg/(m 2 s) e velocità lineari fino a 25 m/s; per vapori saturi in condensazione si consiglia di impostare la velocità a 10 m/s.

Velocità di movimento dei mezzi di lavoro negli ugelli dei raccordi: per vapore saturo 20 – 30 m/s; per vapore surriscaldato – fino a 50 m/s; per liquidi – 1,5 - 3 m/s; per il riscaldamento della condensa del vapore – 1 - 2 m/s.

Calcolo idraulico tubazioni dell'impianto di riscaldamento

Come si può vedere dal titolo dell'argomento, il calcolo coinvolge parametri relativi all'idraulica, come portata del liquido di raffreddamento, portata del liquido di raffreddamento, resistenza idraulica di tubazioni e raccordi. Inoltre, esiste una relazione completa tra questi parametri.

Ad esempio, quando la velocità del liquido di raffreddamento aumenta, aumenta la resistenza idraulica della tubazione. Quando il flusso del liquido refrigerante attraverso una tubazione di un certo diametro aumenta, la velocità del liquido refrigerante aumenta e la resistenza idraulica aumenta naturalmente, mentre cambiando il diametro verso l'alto, la velocità e la resistenza idraulica diminuiscono. Analizzando queste relazioni, il calcolo idraulico si trasforma in una sorta di analisi dei parametri per garantire un funzionamento affidabile ed efficiente del sistema e ridurre i costi dei materiali.

Il sistema di riscaldamento è costituito da quattro componenti principali: tubazioni, dispositivi di riscaldamento, generatore di calore, controllo e valvole di intercettazione. Tutti gli elementi del sistema hanno le proprie caratteristiche di resistenza idraulica e devono essere presi in considerazione nel calcolo. Tuttavia, come accennato in precedenza, le caratteristiche idrauliche non sono costanti. Produttori apparecchiature di riscaldamento e i materiali solitamente forniscono dati sulle caratteristiche idrauliche (perdita di pressione specifica) per i materiali o le apparecchiature che producono.

Per esempio:

Nomogramma per il calcolo idraulico delle tubazioni in polipropilene prodotte da FIRAT (Firat)

La perdita di carico specifica (perdita di carico) della tubazione è indicata per 1 m.p. tubi.

Dopo aver analizzato il nomogramma, vedrai più chiaramente le relazioni tra i parametri precedentemente indicate.

Quindi abbiamo determinato l'essenza del calcolo idraulico.

Ora esaminiamo ciascuno dei parametri separatamente.

Flusso del liquido di raffreddamento

Il flusso del liquido refrigerante, per una comprensione più ampia, la quantità di liquido refrigerante, dipende direttamente dal carico termico che il liquido refrigerante deve spostare dal generatore di calore a dispositivo di riscaldamento.

Nello specifico per i calcoli idraulici è necessario determinare la portata del liquido refrigerante in una determinata area di progetto. Cos'è un'area di insediamento? Si considera che la sezione di progetto della tubazione sia una sezione di diametro costante con una portata di refrigerante costante. Ad esempio, se un ramo comprende dieci radiatori (condizionatamente ciascun dispositivo con una potenza di 1 kW) e consumo totale Il liquido di raffreddamento è progettato per trasferire energia termica pari a 10 kW da parte del liquido di raffreddamento. Quindi il primo tratto sarà il tratto dal generatore di calore al primo radiatore del ramo (purché il diametro sia costante in tutto il tratto) con una portata di liquido refrigerante per il travaso di 10 kW. La seconda sezione sarà posizionata tra il primo ed il secondo radiatore con una portata di trasferimento di energia termica di 9 kW e così via fino all'ultimo radiatore. Viene calcolata la resistenza idraulica sia della tubazione di mandata che di quella di ritorno.

La portata del liquido refrigerante (kg/ora) per l'area viene calcolata utilizzando la formula:

G uch = (3,6 * Q uch) / (s * (t g - t o)) kg/h

Q uch - carico termico trama W. Ad esempio, per l'esempio sopra, il carico termico della prima sezione è di 10 kW o 1000 W.

с = 4,2 kJ/(kg °С) - capacità termica specifica dell'acqua

tg- temperatura di progetto liquido di raffreddamento caldo nell'impianto di riscaldamento, °C

t o - temperatura di progetto del liquido di raffreddamento raffreddato nell'impianto di riscaldamento, °C.

Portata del liquido refrigerante.

Si consiglia che la soglia minima per la velocità del refrigerante sia compresa nell'intervallo 0,2 - 0,25 m/s. A velocità inferiori inizia il processo di rilascio dell'aria in eccesso contenuta nel liquido di raffreddamento, che può portare alla formazione inceppamenti d'aria e di conseguenza, guasto totale o parziale dell'impianto di riscaldamento. La soglia superiore della velocità del refrigerante è compresa tra 0,6 e 1,5 m/s. Il rispetto della soglia di velocità superiore consente di evitare il verificarsi di rumore idraulico nelle tubazioni. In pratica, l'intervallo di velocità ottimale è stato determinato tra 0,3 e 0,7 m/s.

Un intervallo più accurato della velocità consigliata del refrigerante dipende dal materiale delle tubazioni utilizzate nell'impianto di riscaldamento o, più precisamente, dal coefficiente di rugosità della superficie interna delle tubazioni. Ad esempio per condotte in acciaioÈ meglio attenersi a una velocità del refrigerante compresa tra 0,25 e 0,5 m/s per rame e polimeri (condutture in polipropilene, polietilene, metallo-plastica) da 0,25 a 0,7 m/s oppure utilizzare le raccomandazioni del produttore, se disponibili.

Calcolo idraulico dell'impianto di riscaldamento tenendo conto delle tubazioni.

Nell'effettuare ulteriori calcoli, utilizzeremo tutti i principali parametri idraulici, tra cui il flusso del refrigerante, la resistenza idraulica di raccordi e tubazioni, la velocità del refrigerante, ecc. Esiste una relazione completa tra questi parametri, che è ciò su cui devi fare affidamento quando effettui i calcoli.

Ad esempio, se si aumenta la velocità del liquido di raffreddamento, aumenterà contemporaneamente la resistenza idraulica della tubazione. Se si aumenta la portata del liquido di raffreddamento, tenendo conto di una tubazione di un determinato diametro, aumenterà contemporaneamente la velocità del liquido di raffreddamento e anche la resistenza idraulica. Inoltre, maggiore è il diametro della tubazione, minori saranno la velocità del refrigerante e la resistenza idraulica. Sulla base dell'analisi di queste relazioni è possibile trasformare il calcolo idraulico dell'impianto di riscaldamento (il programma di calcolo è disponibile su Internet) in un'analisi dei parametri di efficienza e affidabilità dell'intero sistema, che a sua volta , contribuirà a ridurre il costo dei materiali utilizzati.

L'impianto di riscaldamento comprende quattro componenti fondamentali: generatore di calore, dispositivi di riscaldamento, tubazione, valvole di intercettazione e di controllo. Questi elementi hanno parametri di resistenza idraulica individuali che devono essere presi in considerazione quando si effettuano i calcoli. Ricordiamo che le caratteristiche idrauliche non sono costanti. I principali produttori di materiali e apparecchiature di riscaldamento sono tenuti a fornire informazioni sulle perdite di carico specifiche (caratteristiche idrauliche) delle apparecchiature o dei materiali da loro prodotti.

Ad esempio, il calcolo per le tubazioni in polipropilene dell'azienda FIRAT è notevolmente facilitato dal nomogramma fornito, che indica la perdita di carico specifica o pressione nella tubazione per 1 metro lineare di tubo. L'analisi del nomogramma permette di tracciare chiaramente le suddette relazioni tra le caratteristiche individuali. Questa è l'essenza principale dei calcoli idraulici.

Calcolo idraulico degli impianti di riscaldamento dell'acqua: flusso del liquido di raffreddamento

Pensiamo che tu abbia già tracciato un'analogia tra il termine "flusso del liquido di raffreddamento" e il termine "quantità di liquido di raffreddamento". Pertanto, il consumo di refrigerante dipenderà direttamente dal carico termico che grava sul refrigerante mentre trasferisce il calore dal generatore di calore al dispositivo di riscaldamento.

Il calcolo idraulico prevede la determinazione del livello del flusso di refrigerante rispetto a una determinata area. La sezione di progetto è una sezione con una portata di refrigerante stabile e un diametro costante.

Calcolo idraulico degli impianti di riscaldamento: esempio

Se un ramo comprende radiatori da dieci kilowatt e la portata del liquido di raffreddamento viene calcolata per trasferire energia termica a un livello di 10 kilowatt, la sezione calcolata sarà una sezione dal generatore di calore al radiatore, che è il primo nel ramo. Ma solo a condizione che quest'area caratterizzato da un diametro costante. La seconda sezione si trova tra il primo e il secondo radiatore. Inoltre, se nel primo caso è stata calcolata la velocità di trasferimento di 10 kilowatt di energia termica, nella seconda sezione la quantità calcolata di energia sarà già di 9 kilowatt, con una diminuzione graduale man mano che si eseguono i calcoli. La resistenza idraulica deve essere calcolata contemporaneamente per la tubazione di mandata e di ritorno.

Il calcolo idraulico di un sistema di riscaldamento monotubo comporta il calcolo del flusso del liquido di raffreddamento

per l'area calcolata utilizzando la seguente formula:

Qch – carico termico dell'area di progetto in watt. Ad esempio, nel nostro esempio, il carico termico sulla prima sezione sarà di 10.000 watt o 10 kilowatt.

c (capacità termica specifica dell'acqua) – costante, pari a 4,2 kJ/(kg °C)

tg – temperatura del liquido di raffreddamento caldo nell'impianto di riscaldamento.

to è la temperatura del liquido di raffreddamento freddo nell'impianto di riscaldamento.

Calcolo idraulico dell'impianto di riscaldamento: portata del liquido di raffreddamento

La velocità minima del liquido di raffreddamento dovrebbe assumere un valore limite compreso tra 0,2 e 0,25 m/s. Se la velocità è inferiore, l'aria in eccesso verrà rilasciata dal liquido di raffreddamento. Ciò porterà alla comparsa di sacche d'aria nel sistema che, a loro volta, possono causare guasti parziali o completi sistema di riscaldamento. Per quanto riguarda la soglia superiore, la velocità del liquido di raffreddamento dovrebbe raggiungere 0,6 - 1,5 m/s. Se la velocità non supera questo indicatore, non si formerà rumore idraulico nella tubazione. La pratica dimostra che l'intervallo di velocità ottimale per gli impianti di riscaldamento è 0,3 - 0,7 m/s.

Se è necessario calcolare l'intervallo di velocità del liquido di raffreddamento in modo più accurato, sarà necessario tenere conto dei parametri del materiale delle tubazioni nel sistema di riscaldamento. Più precisamente sarà necessario un coefficiente di rugosità per la superficie interna della tubazione. Ad esempio, se parliamo di tubazioni in acciaio, la velocità ottimale del refrigerante è considerata compresa tra 0,25 e 0,5 m/s. Se la tubazione è in polimero o rame, la velocità può essere aumentata a 0,25 - 0,7 m/s. Se vuoi andare sul sicuro, leggi attentamente quale velocità è consigliata dai produttori di apparecchiature per gli impianti di riscaldamento. Un intervallo più accurato della velocità consigliata del refrigerante dipende dal materiale delle tubazioni utilizzate nell'impianto di riscaldamento o, più precisamente, dal coefficiente di rugosità della superficie interna delle tubazioni. Ad esempio, per le tubazioni in acciaio è meglio attenersi a una velocità del refrigerante compresa tra 0,25 e 0,5 m/s; per quelle in rame e polimero (polipropilene, polietilene, tubazioni metallo-plastiche) da 0,25 a 0,7 m/s, oppure utilizzare le raccomandazioni del produttore. , se disponibile.

Calcolo della resistenza idraulica dell'impianto di riscaldamento: perdita di carico

La perdita di pressione in una determinata sezione del sistema, chiamata anche "resistenza idraulica", è la somma di tutte le perdite dovute all'attrito idraulico e alla resistenza locale. Questo indicatore, misurato in Pa, viene calcolato utilizzando la formula:

ΔPuch=R* l + ((ρ * ν2) / 2) * Σζ

ν è la velocità del liquido refrigerante utilizzato, misurata in m/s.

ρ è la densità del liquido refrigerante, misurata in kg/m3.

R – perdita di carico nella tubazione, misurata in Pa/m.

l è la lunghezza stimata della condotta sulla sezione, misurata in m.

Σζ è la somma dei coefficienti di resistenza locale nella zona delle apparecchiature e delle valvole di intercettazione e regolazione.

Per quanto riguarda la resistenza idraulica totale, è la somma di tutte le resistenze idrauliche delle sezioni di progetto.

Calcolo idraulico di un impianto di riscaldamento a due tubi: scelta del ramo principale dell'impianto

Se il sistema è caratterizzato da un movimento parallelo del liquido di raffreddamento, per un sistema a due tubi l'anello del montante più trafficato viene selezionato attraverso il dispositivo di riscaldamento inferiore. Per un sistema monotubo: un anello attraverso il montante più trafficato.

Se il sistema è caratterizzato da un movimento senza uscita del liquido di raffreddamento, per un sistema a due tubi l'anello del dispositivo di riscaldamento inferiore viene selezionato per il più trafficato dei montanti più distanti. Di conseguenza, per un sistema di riscaldamento monotubo, viene selezionato un anello attraverso il montante remoto più carico.

Se si tratta di un sistema di riscaldamento orizzontale, l'anello viene selezionato attraverso il ramo più trafficato appartenente al piano inferiore. Quando parliamo di carico, intendiamo l'indicatore del "carico termico", descritto sopra.

Calcolo idraulico dell'impianto di riscaldamento tenendo conto delle tubazioni

Calcolo idraulico dell'impianto di riscaldamento tenendo conto delle tubazioni. Calcolo idraulico dell'impianto di riscaldamento tenendo conto delle tubazioni. Nei calcoli successivi utilizzeremo tutti

La velocità del movimento dell'acqua nei tubi dell'impianto di riscaldamento.

Durante le lezioni ci è stato detto che la velocità ottimale del movimento dell'acqua nella tubazione è di 0,8-1,5 m/s. Su alcuni siti vedo qualcosa di simile (nello specifico circa il massimo di un metro e mezzo al secondo).

MA il manuale dice di prendere le perdite per metro lineare e velocità, secondo l'appendice del manuale. Lì le velocità sono completamente diverse, la massima riportata sul cartello è di appena 0,8 m/s.

E nel libro di testo mi sono imbattuto in un esempio di calcolo in cui le velocità non superano 0,3-0,4 m/s.

Allora qual è il punto? Come prenderlo in generale (e come in realtà, in pratica)?

Allego uno screenshot del segno dal manuale.

Grazie a tutti in anticipo per le vostre risposte!

Cosa vuoi? Dovresti scoprire i “segreti militari” (come farlo effettivamente) o superare i corsi? Se solo uno studente del corso, allora secondo il manuale di formazione, che l'insegnante ha scritto e non sa nient'altro e non vuole sapere. E se lo fai come, non lo accetterò ancora.

0,036*G^0,53 - per colonne riscaldanti

0,034*G^0,49 - per mm di ramo, fino a ridurre il carico a 1/3

0,022*G^0,49 - per le sezioni terminali di un ramo con un carico di 1/3 dell'intero ramo

Durante i corsi, l'ho calcolato secondo il manuale. Ma volevo sapere come stavano andando le cose.

Cioè, risulta che anche nel libro di testo (Staroverov, M. Stroyizdat) non è corretto (velocità da 0,08 a 0,3-0,4). Ma forse c’è solo un esempio di calcolo.

Offtop: Cioè, confermi anche che, in sostanza, i vecchi (relativamente) SNiP non sono in alcun modo inferiori a quelli nuovi, e in alcuni casi anche migliori. (molti insegnanti ce lo raccontano. In generale, il preside della PSP afferma che il loro nuovo SNiP contraddice in gran parte sia le leggi che se stesso).

Ma in linea di principio tutto è stato spiegato.

e il calcolo per ridurre i diametri lungo il flusso sembra consentire un risparmio di materiali. ma aumenta i costi di manodopera per l'installazione. Se la manodopera fosse a buon mercato, potrebbe avere senso. se la manodopera è costosa, non ha senso. E se la modifica del diametro su un lungo tratto (riscaldamento principale) è vantaggiosa, agitarsi con questi diametri all'interno della casa non ha senso.

e c'è anche il concetto di stabilità idraulica del sistema di riscaldamento - e qui vincono gli schemi ShaggyDoc

Scolleghiamo ciascun montante (cablaggio superiore) dalla linea principale con una valvola. Ho visto che subito dopo la valvola sono installati dei rubinetti a doppia regolazione. È consigliabile?

E come scollegare i radiatori stessi dalle connessioni: con valvole, oppure installare un rubinetto a doppia regolazione, o entrambi? (cioè, se questa valvola potesse chiudere completamente la tubazione, allora la valvola non sarebbe affatto necessaria?)

E a quale scopo le sezioni della pipeline vengono isolate? (designazione - spirale)

L'impianto di riscaldamento è a due tubi.

Ho bisogno di informazioni specifiche sulla pipeline di fornitura, la domanda è sopra.

Abbiamo un coefficiente di resistenza locale al flusso in ingresso con una svolta. Nello specifico, lo utilizziamo all'ingresso attraverso la griglia a lamelle al canale verticale. E questo coefficiente è 2,5, il che è parecchio.

Cioè, come trovare qualcosa per sbarazzarsi di questo. Una delle uscite è se la griglia è “nel soffitto”, e quindi non ci sarà alcun ingresso di svolta (anche se ce ne sarà comunque uno piccolo, poiché l'aria verrà attirata lungo il soffitto, muovendosi orizzontalmente, e si muoverà verso questo griglia, girare in direzione verticale, ma logicamente dovrebbe essere inferiore a 2,5).

Non potete mettere le sbarre al soffitto di un condominio, vicini. e in un condominio il soffitto non sarà bello con le sbarre e potrebbero entrare detriti. cioè, il problema non può essere risolto in questo modo.

Spesso foro e poi lo collego

Prendere Energia termica e la temperatura iniziale da quella finale. Sulla base di questi dati, puoi calcolare in modo assolutamente affidabile

velocità. Molto probabilmente sarà un massimo di 0,2 m\S. Velocità più elevate richiedono una pompa.

Velocità del liquido di raffreddamento

Calcolo della velocità di movimento del liquido refrigerante nelle tubazioni

Nella progettazione di impianti di riscaldamento Attenzione specialeè necessario prestare attenzione alla velocità di movimento del liquido di raffreddamento nelle tubazioni, poiché la velocità influisce direttamente sul livello di rumore.

Secondo SP 60.13330.2012. Insieme di regole. Riscaldamento, ventilazione e aria condizionata. Versione aggiornata di SNiP 41-01-2003 velocità massima l'acqua nell'impianto di riscaldamento è determinata secondo la tabella.

1. Il numeratore mostra la velocità consentita del refrigerante quando si utilizzano valvole a maschio, a tre vie e a doppia regolazione, mentre il denominatore mostra quando si utilizzano valvole.
2. La velocità del movimento dell'acqua nei tubi posati in più stanze dovrebbe essere determinata tenendo conto:
   1. un locale con il livello di rumore equivalente più basso consentito;
   2. raccordi con il più alto coefficiente di resistenza locale, installati su qualsiasi sezione della tubazione posata attraverso questo locale, con una lunghezza della sezione di 30 m su entrambi i lati di questo locale.
3. Quando si utilizzano raccordi con elevata resistenza idraulica (regolatori di temperatura, valvole di bilanciamento, regolatori di pressione di passaggio, ecc.), per evitare la generazione di rumore, la caduta di pressione di esercizio attraverso i raccordi deve essere calcolata secondo le raccomandazioni del produttore.

Come determinare il diametro di un tubo di riscaldamento a circolazione forzata e naturale

L'impianto di riscaldamento in una casa privata può essere forzato o circolazione naturale. A seconda del tipo di impianto, i metodi per calcolare il diametro del tubo e selezionare altri parametri di riscaldamento sono diversi.

Tubi di riscaldamento con circolazione forzata

Il calcolo del diametro dei tubi di riscaldamento è rilevante nel processo di costruzione individuale o privata. Per determinare correttamente le dimensioni del sistema, è necessario sapere: di cosa sono fatte le linee (polimero, ghisa, rame, acciaio), le caratteristiche del liquido di raffreddamento, il suo metodo di movimento attraverso i tubi. L'introduzione di una pompa a pressione nella progettazione del riscaldamento migliora notevolmente la qualità del trasferimento di calore e consente di risparmiare carburante. La circolazione naturale del liquido di raffreddamento nel sistema è un metodo classico utilizzato nella maggior parte delle case private che utilizzano il riscaldamento a vapore (caldaia). In entrambi i casi, durante la ricostruzione o la nuova costruzione, è importante scegliere il diametro corretto del tubo per evitare momenti spiacevoli nell'esercizio successivo.

Il diametro del tubo è l'indicatore più importante che limita il trasferimento di calore complessivo del sistema, determina la complessità e la lunghezza della tubazione e il numero di radiatori. Conoscendo il valore numerico di questo parametro, puoi facilmente calcolare le possibili perdite di energia.

Dipendenza dell'efficienza termica dal diametro della tubazione

Il pieno funzionamento del sistema energetico dipende dai seguenti criteri:

1. Proprietà del fluido mobile (refrigerante).
2. Materiale del tubo.
3. Portata.
4. Sezione di flusso o diametro dei tubi.
5. La presenza di una pompa nel circuito.

È errato affermare che maggiore è la sezione trasversale del tubo, maggiore sarà la quantità di liquido che lascerà passare. IN in questo caso Un aumento del gioco della linea contribuirà ad una diminuzione della pressione e, di conseguenza, della portata del liquido di raffreddamento. Ciò può portare all'arresto completo della circolazione del fluido nel sistema e all'efficienza zero. Se nel circuito è inclusa una pompa, con tubi di grande diametro e maggiore lunghezza delle linee, la sua potenza potrebbe non essere sufficiente a fornire la pressione richiesta. Se si verifica un'interruzione di corrente, l'uso della pompa nel sistema è semplicemente inutile: il riscaldamento sarà completamente assente, indipendentemente da quanto riscaldi la caldaia.

Per i singoli edifici con riscaldamento centralizzato Il diametro dei tubi è scelto come quello degli appartamenti cittadini. Nelle case con riscaldamento a vapore La caldaia è tenuta a calcolare attentamente il diametro. Vengono presi in considerazione la lunghezza della rete, l'età e il materiale dei tubi, il numero di impianti idraulici e radiatori inclusi nello schema di approvvigionamento idrico e lo schema di riscaldamento (mono o due tubi). La tabella 1 mostra le perdite approssimative di refrigerante in base al materiale e alla durata delle tubazioni.

Un diametro del tubo troppo piccolo porterà inevitabilmente alla formazione di alta pressione, che causerà un aumento del carico sugli elementi di collegamento della linea principale. Inoltre l'impianto di riscaldamento risulterà rumoroso.

Schema elettrico dell'impianto di riscaldamento

Per calcolare correttamente la resistenza della tubazione e, di conseguenza, il suo diametro, è necessario prendere in considerazione lo schema elettrico dell'impianto di riscaldamento. Opzioni:

• verticale a due tubi;
• orizzontale a due tubi;
• monotubo.

Un sistema a due tubi con montante verticale può essere con posizionamento delle linee superiore e inferiore. Un impianto monotubo, per l'economico utilizzo della lunghezza delle linee, è adatto al riscaldamento a circolazione naturale; un impianto bitubo, per via della doppia serie di tubi, richiederà l'inserimento nel circuito della pompa;

Il cablaggio orizzontale prevede 3 tipologie:

• senza uscita;
• con movimento passante (parallelo) dell'acqua;
• collettore (o trave).

In uno schema elettrico a tubo singolo, è possibile fornire un tubo di bypass, che fungerà da linea di riserva per la circolazione del liquido quando diversi o tutti i radiatori sono spenti. Su ciascun radiatore sono installate valvole di intercettazione che consentono di chiudere l'alimentazione idrica quando necessario.

Conoscendo lo schema dell'impianto di riscaldamento, è possibile calcolare facilmente la lunghezza totale, eventuali ritardi nel flusso del liquido di raffreddamento nella rete principale (nelle curve, nelle svolte, nei collegamenti) e, di conseguenza, ottenere un valore numerico della resistenza dell'impianto. In base al valore di perdita calcolato, è possibile selezionare il diametro delle linee di riscaldamento utilizzando il metodo discusso di seguito.

Selezione dei tubi per un sistema a circolazione forzata

L'impianto di riscaldamento a circolazione forzata si differenzia da quello naturale per la presenza di una pompa a pressione, che è montata sul tubo di scarico vicino alla caldaia. Il dispositivo funziona con un'alimentazione a 220 V. Si accende automaticamente (tramite un sensore) quando la pressione nel sistema aumenta (cioè quando il liquido si riscalda). La pompa fa circolare rapidamente l'acqua calda attraverso il sistema, che immagazzina energia e la trasferisce attivamente attraverso i radiatori in ogni stanza della casa.

Riscaldamento con circolazione forzata - pro e contro

Il vantaggio principale del riscaldamento a circolazione forzata è l'efficiente trasferimento di calore del sistema, che avviene con un basso costo di tempo e denaro. Questo metodo non richiede l'uso di tubi di grande diametro.

D'altro canto è importante garantire un'alimentazione elettrica ininterrotta per la pompa dell'impianto di riscaldamento. Altrimenti, il riscaldamento semplicemente non funzionerà in una vasta area della casa.

Come determinare il diametro di un tubo di riscaldamento a circolazione forzata utilizzando la tabella

Il calcolo inizia determinando la superficie totale della stanza da riscaldare orario invernale, cioè questa è l'intera parte residenziale della casa. Lo standard di trasferimento di calore per l'impianto di riscaldamento è di 1 kW ogni 10 mq. m. (con pareti coibentate e altezze del soffitto fino a 3 m). Cioè, per una stanza di 35 mq. la norma sarà 3,5 kW. Per garantire una riserva di energia termica ne aggiungiamo il 20%, per un totale di 4,2 kW. Secondo la tabella 2, determiniamo un valore vicino a 4200: si tratta di tubi con un diametro di 10 mm (indice di calore 4471 W), 8 mm (indice di calore 4496 W), 12 mm (4598 W). Questi numeri sono caratterizzati dai seguenti valori della portata del liquido di raffreddamento (in questo caso acqua): 0,7; 0,5; 1,1 m/s. Indicatori pratici del normale funzionamento del sistema di riscaldamento - velocità acqua calda da 0,4 a 0,7 m/s. Tenendo conto di questa condizione, lasciamo la scelta dei tubi con un diametro di 10 e 12 mm. Considerando il consumo di acqua, sarebbe più economico utilizzare un tubo con diametro di 10 mm. Questo è il prodotto che sarà incluso nel progetto.

È importante distinguere tra i diametri in base ai quali si effettua la scelta: foro esterno, interno, nominale. Generalmente, tubi di acciaio sono selezionati in base al diametro interno, polipropilene - in base al diametro esterno. Un principiante potrebbe incontrare il problema di determinare il diametro indicato in pollici: questa sfumatura è rilevante per i prodotti in acciaio. Anche la conversione delle dimensioni in pollici in quelle metriche viene effettuata tramite tabelle.

Calcolo del diametro di un tubo di riscaldamento con una pompa

Nel calcolo dei tubi di riscaldamento, le caratteristiche più importanti sono:

1. La quantità (volume) di acqua caricata nell'impianto di riscaldamento.
2. Lunghezza totale delle autostrade.
3. Velocità del flusso nel sistema (ideale 0,4-0,7 m/s).
4. Trasferimento di calore del sistema in kW.
5. Potenza della pompa.
6. Pressione nel sistema quando la pompa è spenta (rotazione naturale).
7. Resistenza del sistema.

dove H è l'altezza che determina la pressione zero (mancanza di pressione) della colonna d'acqua in altre condizioni, m;

λ – coefficiente di resistenza del tubo;

L – lunghezza (estensione) del sistema;

D – diametro interno (il valore desiderato in questo caso), m;

V – velocità del flusso, m/s;

g – accelerazione libera e costante. caduta, g=9,81 m/s2.

Il calcolo viene eseguito per perdite minime di potenza termica, ovvero vengono controllati diversi valori del diametro del tubo per la resistenza minima. La difficoltà sorge con il coefficiente di resistenza idraulica: per determinarlo sono necessarie tabelle o un lungo calcolo utilizzando le formule di Blasius e Altschul, Konakov e Nikuradze. Il valore della perdita finale può essere considerato un numero inferiore di circa il 20% rispetto alla pressione creata dalla pompa di iniezione.

Nel calcolo del diametro dei tubi del riscaldamento, L è considerato pari alla lunghezza della linea dalla caldaia ai radiatori e in rovescio escludendo le sezioni duplicate situate in parallelo.

L'intero calcolo si riduce in definitiva al confronto del valore di resistenza ottenuto dal calcolo con la pressione pompata dalla pompa. In questo caso, potrebbe essere necessario calcolare la formula più di una volta utilizzando significati diversi diametro interno. Inizia con un tubo da 1 pollice.

Calcolo semplificato del diametro del tubo di riscaldamento

Per un sistema a circolazione forzata vale un’altra formula:

dove D è il diametro interno richiesto, m;

V – velocità del flusso, m/s;

∆dt—differenza tra la temperatura dell'acqua in ingresso e quella in uscita;

Q – energia fornita dal sistema, kW.

Per i calcoli viene utilizzata una differenza di temperatura di circa 20 gradi. Cioè, all'ingresso del sistema dalla caldaia, la temperatura del liquido è di circa 90 gradi, quando si sposta attraverso il sistema, la perdita di calore è di 20-25 gradi; e al ritorno l'acqua sarà già più fresca (65-70 gradi).

Calcolo dei parametri di un impianto di riscaldamento a circolazione naturale

Il calcolo del diametro del tubo per un sistema senza pompa si basa sulla differenza di temperatura e pressione del liquido di raffreddamento all'ingresso dalla caldaia e nella linea di ritorno. È importante considerare che il liquido si muove attraverso i tubi a causa della forza naturale di gravità, rafforzato dalla pressione acqua riscaldata. In questo caso, la caldaia è posizionata sotto e i radiatori si trovano molto più in alto rispetto al livello del dispositivo di riscaldamento. Il movimento del liquido di raffreddamento obbedisce alle leggi della fisica: più denso acqua fredda scende, lasciando il posto a quello caldo. Ciò garantisce la circolazione naturale nell'impianto di riscaldamento.

Come scegliere il diametro della tubazione per il riscaldamento a circolazione naturale

A differenza dei sistemi a circolazione forzata, la circolazione naturale dell'acqua richiederà una sezione complessiva della tubazione. Maggiore è il volume del liquido che circola attraverso i tubi, maggiore sarà l'energia termica che entrerà nei locali per unità di tempo a causa dell'aumento della velocità e della pressione del liquido di raffreddamento. D'altra parte, un volume maggiore di acqua nel sistema richiederà più combustibile per il riscaldamento.

Pertanto, nelle case private con circolazione naturale, il primo compito è lo sviluppo schema ottimale riscaldamento, in cui vengono selezionate la lunghezza minima del circuito e la distanza dalla caldaia ai radiatori. Per questo motivo si consiglia di installare una pompa in case con ampi spazi abitativi.

Per un sistema con movimento naturale del refrigerante valore ottimale velocità del flusso 0,4-0,6 m/s. Questo codice sorgente corrisponde ai valori minimi di resistenza dei raccordi e delle curve delle tubazioni.

Calcolo della pressione in un sistema a circolazione naturale

La differenza di pressione tra il punto di ingresso e il punto di ritorno per un sistema a circolazione naturale è determinata dalla formula:

dove h è l'altezza dell'acqua che sale dalla caldaia, m;

g – accelerazione di caduta, g=9,81 m/s2;

ρot – densità dell'acqua nel ritorno;

ρpt – densità del liquido nel tubo di alimentazione.

Poiché la forza motrice principale in un impianto di riscaldamento a circolazione naturale è la forza di gravità creata dalla differenza nei livelli di alimentazione dell'acqua da e verso il radiatore, è ovvio che la caldaia sarà posizionata molto più in basso (ad esempio in seminterrato di una casa).

È obbligatorio avere una pendenza dal punto di ingresso della caldaia fino alla fine della fila di radiatori. La pendenza è di almeno 0,5 ppm (ovvero 1 cm per ogni metro lineare di autostrada).

Calcolo del diametro della tubazione in un impianto a circolazione naturale

Il calcolo del diametro della tubazione in un sistema di riscaldamento a circolazione naturale viene eseguito utilizzando la stessa formula del riscaldamento con una pompa. Il diametro viene selezionato in base ai valori di perdita minima ottenuti. Cioè, prima si sostituisce un valore della sezione trasversale nella formula originale e si controlla la resistenza del sistema. Quindi il secondo, il terzo e altri valori. Ciò continua finché il diametro calcolato non soddisfa le condizioni.

Diametro tubo per riscaldamento a circolazione forzata, a circolazione naturale: quale diametro scegliere, formula di calcolo

L'impianto di riscaldamento in una casa privata può essere a circolazione forzata o naturale. A seconda del tipo di impianto, i metodi per calcolare il diametro del tubo e selezionare altri parametri di riscaldamento sono diversi.

Ci vuole molto tempo prima che la batteria calda raggiunga la batteria distante. E la batteria qui sotto è fredda, anche se è completamente aperta. E tutto davanti a lei è quasi chiuso e altrettanto freddo sotto. sistema a due tubi. Quando apro completamente la penultima batteria, tutta l'acqua scorre al suo interno e dall'ultima non arriva nulla. Pertanto ho coperto un po 'tutto in modo che la parte superiore fosse calda e il fondo fosse appena tiepido. Allora ce n'è abbastanza per tutti. Fece uscire l'aria come meglio poteva. Se aumenti la temperatura dell'acqua (quando fa gelo), la batteria distante sarà più calda. Il ritorno è appena tiepido. In totale ci sono circa 130 celle della batteria più circa 180 m di tubo per 20 di plastica. Batterie in alluminio. Risultano 2 rami di 40 metri di tubo di alimentazione e la stessa quantità di tubo di ritorno. Oltre alle batterie stesse, c'è un ingresso e un'uscita dai tubi. Caldaia Baxi Slim 1.300i 30KW con pompa e serbatoio propri. Sembra che l'acqua scorra lentamente, forse a causa di qualcosa che la interferisce. Questa idea è nata dal fatto che quando l'abbiamo acceso per la prima volta non ha funzionato, tutto si è surriscaldato. Uno specialista dell'ufficio del venditore ha detto che abbiamo confuso la fornitura e la restituzione, anche se l'ho controllato più volte secondo le istruzioni della caldaia. Dopo che l'installatore lo ha risaldato al contrario, tutto ha funzionato subito, ma si è scoperto che non avevamo fatto confusione. E quando lo restituiscono, non funziona più e si surriscalda. Dopo che l'installatore ha indovinato di spurgare l'aria dall'impianto, tutto è andato bene, ma peggio. Dopo il primo anno di funzionamento, ho rimosso i detriti dalla rete del filtro, ma ciò non ha praticamente avuto alcun effetto. Ho anche un filtro sull'alimentazione. Ho rimosso la griglia, ma senza alcun risultato. Sono passati altri 2 anni, sto cercando di capire cosa c’è che non va. Oppure manca ancora la pompa. Ma ho 200 m2 di riscaldamento (una casa con la mansarda bassa) e la caldaia è progettata per molto di più, il che significa che anche la pompa deve essere progettata per questo volume d'acqua. È inutile misurare la pressione per trovare la posizione dell'ostruzione. Sarà uguale ovunque ed è 1 atm secondo il manometro della caldaia. Quindi non capisco cos’altro controllare e dove cercare per trovare il motivo di questo stato dell’impianto di riscaldamento di una casa privata. Installare un flussometro è problematico, devi saldarlo e non è economico. Un tempo ho cercato di rendere il sistema di riscaldamento stesso il più possibile con una riserva. Per non congelare. Anche se non c'è ancora la fine e non si sa quando lo sarà, non c'è particolarmente vento da nessuna parte. La perdita di calore in base al flusso di gas, se misurata, è di circa 0,5 W per m2 per grado, se non sbaglio nei calcoli. Con una superficie di pareti, pavimento e tetto (al secondo piano non c'è soffitto) di 600 m2, la differenza di temperatura media tra la strada e la casa è di 30 gradi, il che significa 720 m3 di riscaldamento a gas al mese. In totale circa 10 kW all'ora, che è molto inferiore alla potenza della caldaia (30 kW). La scheda tecnica della caldaia dice 1,2 m3 di acqua all'ora ad una pressione di 3 m.

Utilizzando i calcoli idraulici, è possibile selezionare i diametri e le lunghezze corretti dei tubi e bilanciare correttamente e rapidamente il sistema utilizzando le valvole dei radiatori. I risultati di questo calcolo ti aiuteranno anche a scegliere la pompa di circolazione giusta.

A seguito del calcolo idraulico è necessario ottenere i seguenti dati:

m è la portata del liquido di raffreddamento per l'intero sistema di riscaldamento, kg/s;

ΔP - perdita di pressione nell'impianto di riscaldamento;

ΔP 1, ΔP 2 ... ΔP n, - perdita di carico dalla caldaia (pompa) a ciascun radiatore (dal primo all'ennesimo);

Flusso del liquido di raffreddamento

Il flusso del liquido di raffreddamento viene calcolato utilizzando la formula:

Cp - capacità termica specifica dell'acqua, kJ/(kg*°C); per calcoli semplificati lo assumiamo pari a 4,19 kJ/(kg*°C)

ΔPt - differenza di temperatura all'ingresso e all'uscita; Di solito prendiamo la mandata e il ritorno della caldaia

Calcolatore del flusso del liquido di raffreddamento(solo per acqua)

Q= kW; Δt = oC; m = l/s

Allo stesso modo, puoi calcolare il flusso del liquido refrigerante su qualsiasi sezione del tubo. Le sezioni sono selezionate in modo che la velocità dell'acqua nel tubo sia la stessa. Pertanto, la divisione in sezioni avviene fino al tee, ovvero prima della riduzione. È necessario sommare la potenza di tutti i radiatori a cui scorre il liquido di raffreddamento attraverso ciascuna sezione del tubo. Quindi sostituisci il valore nella formula sopra. Questi calcoli devono essere fatti per i tubi davanti a ciascun radiatore.

Velocità del liquido di raffreddamento

Quindi, utilizzando i valori ottenuti del flusso del liquido di raffreddamento, è necessario calcolare per ciascuna sezione dei tubi davanti ai radiatori velocità del movimento dell'acqua nei tubi secondo la formula:

dove V è la velocità di movimento del liquido refrigerante, m/s;

m - flusso del refrigerante attraverso la sezione del tubo, kg/s

ρ - densità dell'acqua, kg/mc. possono essere presi pari a 1000 kg/mc.

f - zona sezione trasversale tubi, mq. può essere calcolato utilizzando la formula: π * r 2, dove r è il diametro interno diviso per 2

Calcolatore della velocità del liquido di raffreddamento

m = l/s; tubo mm al mm; V= SM

Perdita di pressione nel tubo

ΔPp tr = R * L,

ΔPp tr - perdita di pressione nel tubo dovuta all'attrito, Pa;

R - perdite per attrito specifiche nel tubo, Pa/m; nella letteratura di riferimento del produttore del tubo

L - lunghezza della sezione, m;

Perdita di pressione alle resistenze locali

La resistenza locale su una sezione di tubo è la resistenza su raccordi, raccordi, apparecchiature, ecc. Le perdite di carico sulle resistenze locali vengono calcolate utilizzando la formula:

dove Δp m.s. - perdita di pressione alle resistenze locali, Pa;

Σξ - la somma dei coefficienti di resistenza locale sul sito; i coefficienti di resistenza locale sono indicati dal produttore per ciascun raccordo

V - velocità del refrigerante nella tubazione, m/s;

ρ - densità del liquido refrigerante, kg/m3.

Risultati dei calcoli idraulici

Di conseguenza, è necessario sommare la resistenza di tutte le sezioni fino a ciascun radiatore e confrontarla con i valori di controllo. Affinché la pompa integrata fornisca calore a tutti i radiatori, la perdita di carico sul ramo più lungo non deve superare i 20.000 Pa. La velocità di movimento del refrigerante in qualsiasi area dovrebbe essere compresa tra 0,25 e 1,5 m/s. A una velocità superiore a 1,5 m/s potrebbe verificarsi rumore nei tubi, si consiglia una velocità minima di 0,25 m/s per evitare l'areazione dei tubi.

Per resistere alle condizioni di cui sopra, è sufficiente selezionare i diametri corretti dei tubi. Questo può essere fatto utilizzando la tabella.

Indica potere totale radiatori che il tubo fornisce calore.

Selezione rapida dei diametri dei tubi dalla tabella

Per case fino a 250 mq. a condizione che sia presente una pompa a 6 pezzi e valvole termiche del radiatore, non è necessario eseguire un calcolo idraulico completo. È possibile selezionare i diametri dalla tabella sottostante. Su tratti brevi si può superare leggermente la potenza. I calcoli sono stati effettuati per il refrigerante Δt=10 o C e v=0,5 m/s.

Tubo	Potenza del radiatore, kW
Tubo 14x2mm	1.6
Tubo 16x2mm	2,4
Tubo 16x2,2mm	2,2
Tubo 18x2mm	3,23
Tubo 20x2mm	4,2
Tubo 20x2,8mm	3,4
Tubo 25x3,5 mm	5,3
Tubo 26x3mm	6,6
Tubo 32x3mm	11,1
Tubo 32x4,4 mm	8,9
Tubo 40x5,5mm	13,8

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