Hidraulički proračun sustava grijanja na konkretnom primjeru

Grijanje na temelju cirkulacije tople vode – najčešća je opcija uređenja privatne kuće. Za stručni razvoj sustava potrebno je imati preliminarne rezultate analize, takozvani hidraulički proračun sustava grijanja, koji povezuje tlak na svim dijelovima mreže s promjerima cijevi.

U prikazanom članku detaljno je opisana metodologija izračuna. Kako bismo bolje razumjeli algoritam radnji, razmotrili smo redoslijed proračuna na konkretnom primjeru.

Pridržavajući se opisane sekvence, moći će se odrediti optimalni promjer glavnog voda, broj grijaćih tijela, snagu kotla i ostale parametre sustava potrebne za uspostavu učinkovite individualne opskrbe toplinom.

Pojam hidrauličkog proračuna

Odlučujući čimbenik tehnološkog razvoja sustava grijanja postala je uobičajena ušteda na energentu. Težnja za uštedom tjera na pažljiviji pristup projektiranju, odabiru materijala, načinima montaže i eksploatacije grijanja za stanovanje.

Stoga, ako ste odlučili stvoriti jedinstven i prije svega ekonomičan sustav grijanja za svoj stan ili kuću, preporučujemo da se upoznate s pravilima proračuna i projektiranja.

Prije nego što se definira hidraulički proračun sustava, potrebno je jasno i razumljivo shvatiti da se individualni sustav grijanja stana i kuće nalazi uvjetno za red veličine više u odnosu na centralni sustav grijanja velike zgrade.

Osobni sustav grijanja temelji se na bitno drugačijem pristupu pojmovima topline i energetskog resursa.

Bit hidrauličkog proračuna je u tome da se protok radnog medija ne zadaje unaprijed sa značajnim približavanjem stvarnim parametrima, već se određuje usklađivanjem promjera cjevovoda s parametrima tlaka u svim prstenovima sustava.

Dovoljno je provesti trivijalnu usporedbu ovih sustava prema sljedećim parametrima.

1. Centralni sustav grijanja (kotlovnica - kuća - stan) temelji se na standardnim vrstama energenata – ugljen, plin. U autonomnom sustavu može se koristiti praktički svaka tvar koja ima visoku specifičnu toplinu izgaranja, ili kombinacija nekoliko tekućih, krutih, granuliranih materijala.
2. COG (centralni sustav grijanja) izgrađen je od uobičajenih elemenata: metalne cijevi, “grube” baterije, zaporni ventili. Individualni sustav grijanja, međutim, omogućuje kombiniranje najrazličitijih elemenata: višesekcijski radijatori s dobrom toplinskom predajom, visokotehnološki termostati, različite vrste cijevi (PVC i bakrene), slavine, čepovi, fitinzi i naravno vlastiti ekonomičniji kotlovi, cirkulacijske pumpe.
3. Ako uđemo u stan tipične panelne zgrade izgrađene prije 20-40 godina, vidimo da se sustav grijanja svodi na prisutnost 7-sekcijske baterije ispod prozora u svakoj sobi stana plus vertikalnu cijev kroz cijelu zgradu (uspon), pomoću koje se može “komunicirati” sa susjedima gore/dolje. Nasuprot tome, autonomni sustav grijanja (ASG) – omogućuje izgradnju sustava bilo koje složenosti uzimajući u obzir individualne želje stanara stana.
4. Za razliku od COG-a, zasebni sustav grijanja uzima u obzir prilično impresivan popis parametara koji utječu na prijenos, potrošnju energije i gubitke topline. Temperaturni režim okoline, potreban temperaturni raspon u prostorijama, površina i volumen prostorije, broj prozora i vrata, namjena prostorija itd.

Dakle, hidraulički proračun sustava grijanja (GRSO) – to je uvjetni skup izračunatih karakteristika sustava grijanja koji pruža iscrpne informacije o parametrima poput promjera cijevi, broja radijatora i ventila.

Ovaj tip radijatora ugrađivan je u većini panelnih kuća na postsovjetskom prostoru. Štednja na materijalima i nedostatak dizajnerske ideje “očiti su”

GRSO omogućuje pravilan odabir vodenog prstenastog crpke (kotla za grijanje) za transport vruće vode do krajnjih elemenata sustava grijanja (radijatora) i, u konačnici, imati maksimalno uravnotežen sustav, što izravno utječe na financijska ulaganja u dio grijanja stambenog prostora.

Još jedna vrsta radijatora grijanja za COS. To je univerzalniji proivod koji može iamti bilo koji broj rebara. Tako se može povećati ili smanjiti površina izmjene topline.

Redoslijed koraka proračuna

Govreći o proračunu sustava grijanja, naiminjemo da je ovaj postupak najdvosmislenija i najvažnija u dijelu projekiranja.

Prije izvođenja proračuna potrebno je provesti preliminarnu analizu budućeg sustava, na primjer:

• uspostaviti toplinsku bilancu u svim i konretno u svakoj sobi stana;
• odabrati termostate, ventile i regulatore tlaka;
• odrediti dionice sustava s maksimalnim i minimalnim protokom toplinskog medija.

Osim toga, treba odrediti opću shemu transporta toplinskog medija: puni i mali krug, jednocijevni sustav ili dvocijevni vod.

Kao rezultat provođenja hidrauličkog proračuna dobivamo nekoliko važnih karakteristika hidrauličkog sustava koje daju odgovre na sljedeća pitanja:

• koja bi trebala biti snag izvora grijanja;
• koji protok i brzina toplinskog medija;
• koji promjer glavnog voda toplinskog cjevovoda;
• koji mogući gubici topline i same mase toplinskog medija.

Još jedan važan aspekt hidrauličkog proračuna je postupak balansa (usklađivanja) svih dijelova (grana) sustava tijekom ekstremnih toplinskih režima pomoću regulacijskih uređaja.

Izdvaja se nekoliko osnovnih vrsta uređaja za grijanje: lijevano-željezni i aluminijski višesegmentni, čelični panelni, bimetalni radijatori i konvektori. No najrašireniji su aluminijski višesegmentni radijatori.

Proračunska zona cjevovodnog voda je dionica s konstantnim promjerom samog voda, te nepromjenjivim protokom vruće vode, koji je određen formulom toplinskog balansa soba. Nabroj proračunskih zona počinje od crpke ili izvora topline.

Početni uvjeti primjera

Za preciznije objašnjenje svih detalja hidrauličkog proračuna, uzmimo konkretan primjer uobičajenog stambenog prostora. Na raspolaganju imamo klasičan dvosobni stan u panelnoj zgradi, ukupne površine 65,54 m², koji uključuje dvije sobe, kuhinju, odvojene WC i kupaonicu, dvostruki hodnik i spojeni balkon.

Nakon primopredaje dobili smo sljedeće informacije o stanju stana. Opisani stan uključuje zidove od monolitnih armiranobetonskih konstrukcija obrađene kitom i grundom, prozore s dvokomornim staklima od profila, prešane unutarnje drvene međusobne vrata od tirsusa, te keramičke pločice na podu kupaonice i WC-a.

Tipična panelna 9-katna zgrada s četiri ulaza. Na svakom katu su po 3 stana: jedan dvosobni i dva trosobna. Stan se nalazi na petom katu.

Osim toga, predstavljeni stan već je opremljen bakrenim instalacijama, razvodnicima i zasebnom razvodnom pločom, plinskim štednjakom, kadom, umivaonikom, WC-školjkom, grijalicom za ručnike i sudoperom.

I što je najvažnije, u dnevnim sobama, kupaonici i kuhinji već su ugrađeni aluminijski radijatori za grijanje. Pitanje vezano uz cijevi i kotao ostaje otvoreno.

Kako se prikupljaju podaci

Hidraulički proračun sustava uglavnom se temelji na proračunima koji su povezani s proračunom grijanja prema površini prostorije.

Stoga je potrebno imati sljedeće informacije:

• površina svake pojedinačne prostorije;
• dimenzije otvora za prozore i vrata (unutarnja vrata gotovo ne utječu na gubitke topline);
• klimatski uvjeti, značajke regije.

Polazimo od sljedećih podataka. Površina dnevne sobe – 18,83 m², spavaće sobe – 14,86 m², kuhinje – 10,46 m², balkona – 7,83 m² (ukupno), hodnika – 9,72 m² (ukupno), kupaonice – 3,60 m², WC-a – 1,5 m². Ulazna vrata – 2,20 m², prozorski izlog dnevne sobe – 8,1 m², prozor spavaće sobe – 1,96 m², prozor kuhinje – 1,96 m².

Visina zidova stana – 2 metra i 70 cm. Vanjski zidovi izrađeni su od betona klase B7 s unutarnjom žbukom, debljine 300 mm. Unutarnji zidovi i pregrade – nosivi 120 mm, obični – 80 mm. Pod i odgovarajući strop od betonskih ploča klase B15, debljine 200 mm.

Raspored ovog stana omogućuje stvaranje jedinstvene grane grijanja koja prolazi kroz kuhinju, spavaću sobu i dnevnu sobu, čime se osigurava prosječna temperatura od 20-22⁰C u prostorijama (+)

Što se tiče okoliša? Stan se nalazi u zgradi koja je smještena u sredini mikrokvartira malog grada. Grad se nalazi u nekoj nizini, nadmorska visina 130-150 m. Klima je umjereno kontinentalna s hladnom zimom i prilično toplim ljetom.

Srednja godišnja temperatura +7,6 °C. Srednja temperatura siječnja -6,6 °C, srpnja +18,7 °C. Vjetar – 3,5 m/s, prosječna vlažnost zraka – 74 %, količina oborina 569 mm.

Analizirajući klimatske uvjete regije, treba istaknuti da imamo posla s velikim rasponom temperatura, što pak utječe na poseban zahtjev za regulaciju sustava grijanja stana.

Snaga generatora topline

Jedan od glavnih dijelova sustava grijanja je kotao: električni, plinski, kombinirani – u ovoj fazi nije bitno. Budući da nam je važna njegova glavna karakteristika – snaga, odnosno količina energije po jedinici vremena koja će se trošiti na grijanje.

Snaga samog kotla određuje se prema dolje navedenoj formuli:

Wkotla = (Spomešč*Wudel) / 10,

gdje:

• Spomešč – zbroj površina svih soba koje zahtijevaju grijanje;
• Wudel – specifična snaga s obzirom na klimatske uvjete lokacije (eto zašto je trebalo znati klimu regije).

Karakteristično je da za različite klimatske zone imamo sljedeće podatke:

• sjeverna područja – 1,5 – 2 kW/m²;
• središnja zona – 1 – 1,5 kW/m²;
• južne regije – 0,6 – 1 kW/m².

Ove brojke su prilično uvjetne, ali ipak daju jasan brojčani odgovor u pogledu utjecaja okoliša na sustav grijanja stana.

Na ovoj karti prikazane su klimatske zone s različitim temperaturnim režimima. O položaju stana u odnosu na zonu ovisi koliko treba trošiti na grijanje kvadratnog metra kW energije (+).

Zbroj površine stana koju treba grijati – jednak je ukupnoj površini stana i iznosi, odnosno – 65,54-1,80-6,03=57,71 m2 (minus balkon). Specifična snaga kotla za središnju regiju s hladnom zimom – 1,4 kW/m2. Dakle, u našem primjeru izračunska snaga kotla za grijanje iznosi 8,08 kW.

Dinamički parametri toplinskog medija

Prelazimo na sljedeću fazu izračuna – analizu potrošnje toplinskog medija. U većini slučajeva sustav grijanja stana razlikuje se od drugih sustava – to je povezano s brojem grijaćih ploča i duljinom cjevovoda. Tlak se koristi kao dodatna “pogonska sila” protoka vertikalno kroz sustav.

U privatnim jednokatnicama i višekatnicama, starim panelnim višestambenim zgradama primjenjuju se sustavi grijanja s visokim tlakom, što omogućuje transport toplinskog medija na sve dijelove razgranatog, višekružnog sustava grijanja i podizanje vode na cijelu visinu (do 14. kata) zgrade.

Nasuprot tome, običan dvosobni ili trosobni stan s autonomnim grijanjem nema takvu raznolikost petlji i grana sustava, uključuje najviše tri kruga.

A time se transport toplinskog medija odvija pomoću prirodnog procesa protoka vode. No također se mogu koristiti cirkulacijske pumpe, grijanje se osigurava plinskim/električnim kotlom.

Preporučujemo korištenje cirkulacijske pumpe za grijanje prostorija većih od 100 m². Pumpu je moguće montirati i prije i poslije kotla, no obično se postavlja na “povrat” – niža temperatura medija, manje zraka u sustavu, dulji radni vijek pumpe.

Stručnjaci u području projektiranja i montaže sustava grijanja određuju dva osnovna pristupa u pogledu izračuna volumena toplinskog medija:

1. Prema stvarnom kapacitetu sustava. Zbrajaju se svi volumeni šupljina bez iznimke, gdje će teći tok vruće vode: zbroj pojedinačnih dionica cijevi, sekcija radijatora itd. No to je prilično naporan postupak.
2. Prema snazi kotla. Ovdje su mišljenja stručnjaka vrlo podijeljena, jedni govore 10, drugi 15 litara po jedinici snage kotla.

S pragmatičnog stajališta treba uzeti u obzir činjenicu da će sustav grijanja vjerojatno ne samo opskrbljivati vrućom vodom za sobu, već i grijati vodu za kupaonicu/tuš, umivaonik, sudoper i sušilicu, a možda i za hidromasažu ili jacuzzi. Ova je opcija jednostavnija.

Stoga u ovom slučaju preporučujemo postaviti 13,5 litara po jedinici snage. Pomnoživši taj broj sa snagom kotla (8,08 kW) dobivamo izračunati volumen vodene mase – 109,08 l.

Izračunata brzina toplinskog medija u sustavu upravo je parametar koji omogućuje odabir određenog promjera cijevi za sustav grijanja.

Izračunava se prema sljedećoj formuli:

V = (0,86*W*k)/t-to,

gdje:

• W – snaga kotla;
• t – temperatura dovodne vode;
• to – temperatura vode u povratnom krugu;
• k – učinkovitost kotla (0,95 za plinski kotao).

Uvrštavanjem izračunatih podataka u formulu dobivamo: (0,86 * 8080 * 0,95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h. Tako se u jednom satu u sustavu premješta 330 l toplinskog medija (vode), a kapacitet sustava je oko 110 l.

Određivanje promjera cijevi

Za konačno određivanje promjera i debljine cijevi grijanja preostaje raspraviti pitanje gubitaka topline.

Maksimalna količina topline odlazi iz prostorije kroz zidove – do 40%, kroz prozore – 15%, pod – 10%, sve ostalo kroz strop/krov. Za stan su karakteristični gubici uglavnom kroz prozore i balkonske module.

Postoji nekoliko vrsta gubitaka topline u grijanim prostorijama:

1. Gubici tlaka toka u cijevi. Ovaj parametar izravno je proporcionalan umnošku specifičnog gubitka na trenje unutar cijevi (osigurava proizvođač) i ukupne duljine cijevi. No, s obzirom na trenutni zadatak, takvi se gubici mogu zanemariti.
2. Gubici tlaka na lokalnim otporima cijevi – troškovi topline na fitinzima i unutar opreme. No, s obzirom na uvjete zadatka, mali broj fitinga i zavoja te radijatora, takvi se gubici mogu zanemariti.
3. Gubici topline ovisno o položaju stana. Postoji još jedna vrsta toplinskih troškova, ali oni su više povezani s položajem prostorije u odnosu na ostatak zgrade. Za obični stan koji se nalazi u sredini zgrade i graniči lijevo/desno/gore/dolje s drugim stanovima, gubici topline kroz bočne zidove, strop i pod praktički su jednaki “0”.

U proračun se mogu uzeti samo gubici kroz fasadni dio stana – balkoni i središnji prozor zajedničke sobe. No, to se pitanje rješava dodavanjem 2-3 sekcije svakom radijatoru.

Vrijednost promjera cijevi odabire se prema protoku toplinskog medija i brzini njegove cirkulacije u glavnom vodu grijanja.

Analizirajući gore navedene informacije, valja istaknuti da je za izračunatu brzinu tople vode u sustavu grijanja poznata tablična brzina kretanja čestica vode u odnosu na stijenku cijevi u vodoravnom položaju 0,3-0,7 m/s.

U pomoć majstoru predstavljamo takozvani kontrolni popis provedbe izračuna za tipični hidraulički proračun sustava grijanja:

• prikupljanje podataka i proračun snage kotla;
• volumen i brzina toplinskog medija;
• gubici topline i promjer cijevi.

Ponekad pri proračunu može se dobiti dovoljno velik promjer cijevi da pokrije izračunati volumen toplinskog medija. Taj se problem može riješiti povećanjem litraže kotla ili dodavanjem dodatnog ekspanzijskog spremnika.

Na našoj web stranici postoji blok članaka posvećenih proračunu sustava grijanja, preporučujemo da se upoznate:

1. Toplinski proračun sustava grijanja: kako ispravno izračunati opterećenje sustava
2. Izračun vodenog grijanja: formule, pravila, primjeri izvođenja
3. Toplinski proračun zgrade: specifičnost i formule izvođenja izračuna + praktični primjeri

Zaključci i koristan video na temu

Značajke, prednosti i nedostaci prirodnog i prisilnog sustava cirkulacije toplinskog medija za sustave grijanja:

Sumirajući rezultate hidrauličkog proračuna, dobili smo konkretne fizičke karakteristike budućeg sustava grijanja.

Naravno, ovo je pojednostavljena shema proračuna koja daje približne podatke u vezi hidrauličkog proračuna za sustav grijanja tipičnog dvosobnog stana.

Pokušavate li samostalno izvesti hidraulički proračun sustava grijanja? Ili se možda ne slažete s izloženim materijalom? Očekujemo vaše komentare i pitanja – blok za povratne informacije nalazi se ispod.