الحساب الهيدروليكي لنظام التدفئة باستخدام مثال محدد

يعد التدفئة على أساس دوران الماء الساخن هو الخيار الأكثر شيوعًا لترتيب منزل خاص.للتطوير الكفء للنظام، من الضروري الحصول على نتائج التحليل الأولي، ما يسمى بالحساب الهيدروليكي لنظام التدفئة، وربط الضغط في جميع أقسام الشبكة بأقطار الأنابيب.

توضح المقالة المقدمة بالتفصيل منهجية الحساب. لفهم خوارزمية الإجراءات بشكل أفضل، نظرنا إلى إجراء الحساب باستخدام مثال محدد.

من خلال الالتزام بالتسلسل الموصوف، سيكون من الممكن تحديد القطر الأمثل لخط الأنابيب، وعدد أجهزة التسخين، وقوة الغلاية ومعلمات النظام الأخرى اللازمة لترتيب مصدر حرارة فردي فعال.

مفهوم الحساب الهيدروليكي

كان العامل الحاسم في التطور التكنولوجي لأنظمة التدفئة هو التوفير المعتاد في الطاقة. إن الرغبة في توفير المال تجبرنا على اتباع نهج أكثر حذراً في التصميم واختيار المواد وطرق التثبيت وتشغيل التدفئة للمنزل.

لذلك، إذا قررت إنشاء نظام تدفئة فريد واقتصادي في المقام الأول لشقتك أو منزلك، فإننا نوصيك بالتعرف على قواعد الحساب والتصميم.

قبل تحديد الحساب الهيدروليكي للنظام، عليك أن تفهم بشكل واضح وواضح أن نظام التدفئة الفردي للشقة أو المنزل يقع، تقليديا، بترتيب أعلى من حيث الحجم مقارنة بنظام التدفئة المركزية لمبنى كبير.

يعتمد نظام التدفئة الشخصية على نهج مختلف جذريًا لمفاهيم الحرارة وموارد الطاقة.

جوهر الحساب الهيدروليكي هو أن معدل تدفق سائل التبريد لا يتم ضبطه مسبقًا بتقريب كبير للمعلمات الحقيقية، ولكن يتم تحديده من خلال ربط أقطار خطوط الأنابيب بمعلمات الضغط في جميع حلقات النظام

يكفي إجراء مقارنة تافهة لهذه الأنظمة وفقًا للمعايير التالية.

1. يعتمد نظام التدفئة المركزية (غرفة المرجل - شقة المنزل) على الأنواع القياسية من حاملات الطاقة - الفحم والغاز. في النظام المستقل، يمكنك تقريبًا استخدام أي مادة لها حرارة احتراق نوعية عالية، أو مزيج من عدة مواد سائلة أو صلبة أو حبيبية.
2. تم بناء DSP على عناصر عادية: الأنابيب المعدنية والبطاريات "الخرقاء" وصمامات الإغلاق. يتيح لك نظام التدفئة الفردي الجمع بين مجموعة متنوعة من العناصر: مشعات متعددة الأقسام مع نقل جيد للحرارة، منظمات حرارة عالية التقنية، أنواع مختلفة من الأنابيب (PVC والنحاس)، والصنابير، والمقابس، والتجهيزات، وبالطبع غلاياتنا الأكثر اقتصادا، ومضخات الدوران.
3. إذا ذهبت إلى شقة منزل لوحة نموذجي تم بناؤه منذ 20-40 سنة، فإننا نرى أن نظام التدفئة يعود إلى وجود بطارية من 7 أقسام أسفل النافذة في كل غرفة في الشقة بالإضافة إلى أنبوب عمودي من خلال المنزل بأكمله (الناهض)، والذي يمكنك من خلاله "التواصل" مع الجيران في الأعلى/الأسفل. يسمح لك نظام التدفئة المستقل (AHS) ببناء نظام بأي تعقيد، مع مراعاة الرغبات الفردية لسكان الشقق.
4. على عكس DSP، يأخذ نظام التدفئة المنفصل في الاعتبار قائمة رائعة إلى حد ما من المعلمات التي تؤثر على النقل واستهلاك الطاقة وفقدان الحرارة. ظروف درجة الحرارة المحيطة، ونطاق درجة الحرارة المطلوبة في الغرف، ومساحة الغرفة وحجمها، وعدد النوافذ والأبواب، والغرض من الغرف، وما إلى ذلك.

وبالتالي، فإن الحساب الهيدروليكي لنظام التسخين (HRSO) عبارة عن مجموعة مشروطة من الخصائص المحسوبة لنظام التسخين، والتي توفر معلومات شاملة حول معلمات مثل قطر الأنبوب، عدد المشعات والصمامات.

تم تركيب هذا النوع من الرادياتير في معظم بيوت الألواح في منطقة ما بعد الاتحاد السوفيتي. من الواضح أن التوفير في المواد ونقص أفكار التصميم

تتيح لك GRSO الاختيار الصحيح لمضخة حلقة المياه (غلاية التدفئة) لنقل الماء الساخن إلى العناصر النهائية لنظام التدفئة (المشعات)، ونتيجة لذلك، الحصول على النظام الأكثر توازنًا، مما يؤثر بشكل مباشر على الاستثمارات المالية في التدفئة المنزلية .

نوع آخر من مشعاع التدفئة لـ DSP. هذا منتج أكثر تنوعًا ويمكن أن يحتوي على أي عدد من الأضلاع. بهذه الطريقة يمكنك زيادة أو تقليل مساحة التبادل الحراري

تسلسل خطوات الحساب

عند الحديث عن حساب نظام التدفئة، نلاحظ أن هذا الإجراء هو الأكثر إثارة للجدل والأهمية من حيث التصميم.

قبل إجراء الحساب، تحتاج إلى إجراء تحليل أولي للنظام المستقبلي، على سبيل المثال:

• إقامة توازن حراري في جميع غرف الشقة وتحديداً؛
• الموافقة على منظمات الحرارة والصمامات ومنظمات الضغط؛
• اختر مشعاتأسطح التبادل الحراري، وألواح نقل الحرارة؛
• تحديد مناطق النظام ذات التدفق الأقصى والأدنى لسائل التبريد.

بالإضافة إلى ذلك، من الضروري تحديد المخطط العام لنقل سائل التبريد: دائرة كاملة وصغيرة، نظام أنبوب واحد أو رئيسي ذو أنبوبين.

ونتيجة للحساب الهيدروليكي، حصلنا على عدة خصائص مهمة للنظام الهيدروليكي، والتي تقدم إجابات على الأسئلة التالية:

• ما ينبغي أن تكون قوة مصدر التدفئة؟
• ما هو معدل تدفق وسرعة المبرد؟
• ما هو القطر المطلوب لخط أنابيب التدفئة الرئيسي؟
• ما هي الخسائر المحتملة للحرارة وكتلة المبرد نفسه.

جانب آخر مهم من الحساب الهيدروليكي هو إجراء موازنة (ربط) جميع أجزاء (فروع) النظام أثناء الظروف الحرارية القاسية باستخدام أجهزة التحكم.

هناك عدة أنواع رئيسية من منتجات التدفئة: الحديد الزهر والألمنيوم متعدد الأقسام، والألواح الفولاذية، والمشعات ثنائية المعدن، والسخانات. لكن الأكثر شيوعًا هي مشعات الألومنيوم متعددة الأقسام

منطقة التصميم لخط الأنابيب الرئيسي عبارة عن قسم ذو قطر ثابت للخط الرئيسي نفسه، بالإضافة إلى تدفق مستمر للمياه الساخنة، والذي يتم تحديده بواسطة معادلة التوازن الحراري للغرف. تبدأ قائمة مناطق التصميم من المضخة أو مصدر الحرارة.

مثال على الشروط الأولية

للحصول على شرح أكثر تحديدًا لجميع تفاصيل الحساب الهيدروليكي، لنأخذ مثالاً محددًا لمساحة معيشة عادية. لدينا شقة كلاسيكية من غرفتين في منزل لوحة بمساحة إجمالية 65.54 م2.²تحتوي على غرفتين ومطبخ ومرحاض منفصل وحمام وممر مزدوج وشرفة توأم.

بعد التكليف، تلقينا المعلومات التالية بخصوص جاهزية الشقة.تشتمل الشقة الموصوفة على جدران مصنوعة من هياكل خرسانية مسلحة متجانسة تمت معالجتها بالمعجون والتمهيدي، ونوافذ جانبية بزجاج من غرفتين، وأبواب داخلية مضغوطة، وبلاط سيراميك على أرضية الحمام.

منزل نموذجي مكون من 9 طوابق وأربعة مداخل. يوجد 3 شقق في كل طابق: واحدة 2 غرفة واثنتين 3 غرف. الشقة تقع في الطابق الخامس

بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز السكن المعروض بالفعل بأسلاك نحاسية وموزعات ولوحة منفصلة وموقد غاز وحوض استحمام ومغسلة ومرحاض وسكة مناشف ساخنة ومغسلة.

والأهم من ذلك أن غرف المعيشة والحمام والمطبخ تحتوي بالفعل على مشعات تدفئة من الألومنيوم. يبقى السؤال المتعلق بالأنابيب والغلايات مفتوحًا.

كيف يتم جمع البيانات

يعتمد الحساب الهيدروليكي للنظام في الغالب على الحسابات المتعلقة بحساب التدفئة على أساس مساحة الغرفة.

ولذلك فمن الضروري الحصول على المعلومات التالية:

• مساحة كل غرفة على حدة
• أبعاد موصلات النوافذ والأبواب (الأبواب الداخلية ليس لها أي تأثير عملياً على فقدان الحرارة)؛
• الظروف المناخية وخصائص المنطقة.

سوف ننطلق من البيانات التالية. مساحة الغرفة المشتركة - 18.83 م²غرفة نوم - 14.86 م²مطبخ - 10.46 م²شرفة - 7.83 م² (المجموع)، الممر - 9.72 م² (المبلغ)، الحمام - 3.60 م²المرحاض - 1.5 م². أبواب المدخل - 2.20 م²نافذة عرض للغرفة المشتركة - 8.1 م²نافذة غرفة النوم - 1.96 م²نافذة المطبخ - 1.96 م².

ارتفاع جدران الشقة 2 متر 70 سم الجدران الخارجية من خرسانة صنف B7 بالإضافة إلى جبس داخلي سماكة 300 ملم. الجدران والفواصل الداخلية - حاملة 120 مم، عادية - 80 مم. الأرضية وبالتالي السقف مصنوعة من ألواح أرضية خرسانية من فئة B15 بسماكة 200 مم.

يوفر تصميم هذه الشقة الفرصة لإنشاء فرع تدفئة واحد يمر عبر المطبخ وغرفة النوم وغرفة المعيشة، مما يضمن متوسط ​​درجة حرارة 20-22 درجة مئوية في الغرف (+)

ماذا عن البيئة؟ تقع الشقة في منزل يقع في وسط منطقة صغيرة في بلدة صغيرة. تقع المدينة في منطقة منخفضة معينة، ويبلغ الارتفاع عن سطح البحر 130-150 م، والمناخ قاري معتدل مع شتاء بارد وصيف دافئ إلى حد ما.

متوسط ​​درجة الحرارة السنوية هو +7.6 درجة مئوية. متوسط ​​درجة الحرارة في يناير هو -6.6 درجة مئوية، في يوليو +18.7 درجة مئوية. الرياح - 3.5 م/ث، متوسط ​​رطوبة الهواء - 74%، هطول الأمطار 569 ملم.

عند تحليل الظروف المناخية للمنطقة، تجدر الإشارة إلى أننا نتعامل مع مجموعة واسعة من درجات الحرارة، مما يؤثر بدوره على المتطلبات الخاصة لضبط نظام التدفئة للشقة.

الطاقة المولدة للحرارة

أحد المكونات الرئيسية لنظام التدفئة هو المرجل: الكهرباء والغاز مجتمعة - لا يهم في هذه المرحلة. لأن سمتها الرئيسية مهمة بالنسبة لنا - الطاقة، أي كمية الطاقة لكل وحدة زمنية سيتم إنفاقها على التدفئة.

يتم تحديد قوة المرجل نفسه من خلال الصيغة أدناه:

Wboiler = (Sroom*Wshare) / 10,

أين:

• مكان - مجموع مساحات جميع الغرف التي تتطلب التدفئة؛
• وديل - قوة محددة مع مراعاة الظروف المناخية للموقع (ولهذا كان من الضروري معرفة مناخ المنطقة).

عادة، بالنسبة للمناطق المناخية المختلفة لدينا البيانات التالية:

• المناطق الشمالية — 1.5 — 2 كيلو واط/م²;
• المنطقة المركزية — 1 — 1.5 كيلو واط/م²;
• المناطق الجنوبية — 0.6 — 1 كيلو واط/م².

هذه الأرقام تعسفية تمامًا، ولكنها مع ذلك تقدم إجابة رقمية واضحة فيما يتعلق بتأثير البيئة على نظام تدفئة الشقة.

تُظهر هذه الخريطة المناطق المناخية ذات أنظمة درجات الحرارة المختلفة. يحدد موقع السكن بالنسبة للمنطقة مقدار الطاقة التي يجب إنفاقها على تسخين متر مربع من كيلووات من الطاقة (+)

مقدار مساحة الشقة التي تحتاج للتدفئة تساوي المساحة الإجمالية للشقة وهي متساوية أي 65.54-1.80-6.03 = 57.71 م2 (باستثناء الشرفة). تبلغ قوة الغلاية المحددة للمنطقة الوسطى ذات الشتاء البارد 1.4 كيلووات/م2. وهكذا، في مثالنا، الطاقة المحسوبة لغلاية التدفئة تعادل 8.08 كيلوواط.

المعلمات الديناميكية لسائل التبريد

ننتقل إلى المرحلة التالية من الحسابات - تحليل استهلاك سائل التبريد. في معظم الحالات، يختلف نظام التدفئة في الشقة عن الأنظمة الأخرى - ويرجع ذلك إلى عدد ألواح التدفئة وطول خط الأنابيب. يتم استخدام الضغط باعتباره "قوة دافعة" إضافية للتدفق عموديًا عبر النظام.

في المباني الخاصة المكونة من طابق واحد ومتعددة الطوابق، والمباني السكنية ذات الألواح القديمة، يتم استخدام أنظمة التدفئة ذات الضغط العالي، مما يجعل من الممكن نقل المادة المحررة للحرارة إلى جميع أقسام نظام التدفئة المتفرع والمتعدد الحلقات ورفع المياه إلى الارتفاع الكامل (حتى الطابق الرابع عشر) للمبنى.

على العكس من ذلك، فإن شقة عادية مكونة من غرفتين أو ثلاث غرف مزودة بتدفئة مستقلة لا تحتوي على مجموعة متنوعة من حلقات وفروع النظام، فهي لا تتضمن أكثر من ثلاث دوائر.

وهذا يعني أنه يتم نقل المبرد باستخدام العملية الطبيعية لتدفق المياه. ولكن يمكنك أيضًا استخدام مضخات الدورة الدمويةيتم توفير التدفئة بواسطة غلاية غاز / كهربائية.

نوصي باستخدام مضخة دورانية لغرف التدفئة التي يزيد حجمها عن 100 متر مربع². يمكن تركيب المضخة إما قبل أو بعد الغلاية، ولكن عادة ما يتم تركيبها على جانب "الرجوع" - درجة حرارة أقل للسائل، وتهوية أقل، وعمر أطول للمضخة

يحدد المتخصصون في مجال تصميم وتركيب أنظمة التدفئة طريقتين رئيسيتين من حيث حساب حجم سائل التبريد:

1. وفقا للقدرة الفعلية للنظام. بدون استثناء، يتم تلخيص جميع أحجام التجاويف التي سيتدفق فيها تدفق الماء الساخن: مجموع المقاطع الفردية للأنابيب، وأقسام المشعات، وما إلى ذلك. لكن هذا خيار كثيف العمالة إلى حد ما.
2. وفقا لقوة الغلاية. هنا تختلف آراء الخبراء بشكل كبير، البعض يقول 10، والبعض الآخر 15 لترًا لكل وحدة من قوة الغلاية.

من وجهة نظر عملية، عليك أن تأخذ في الاعتبار حقيقة أن نظام التدفئة ربما لن يوفر الماء الساخن للغرفة فحسب، بل سيسخن أيضًا الماء للحمام / الدش، وحوض الغسيل، والمغسلة، والمجفف، وربما ل التدليك المائي أو الجاكوزي. هذا الخيار أبسط.

لذلك، في هذه الحالة، نوصي بضبط 13.5 لترًا لكل وحدة طاقة. بضرب هذا الرقم في قوة الغلاية (8.08 كيلو واط) نحصل على الحجم المقدر للكتلة المائية - 109.08 لترًا.

إن سرعة سائل التبريد المحسوبة في النظام هي بالتحديد المعلمة التي تسمح لك بتحديد قطر أنبوب معين لنظام التدفئة.

ويتم حسابها باستخدام الصيغة التالية:

V = (0.86*W*k)/t-إلى،

أين:

• دبليو — قوة الغلاية
• ر — درجة حرارة المياه الموردة؛
• ل — درجة حرارة الماء في دائرة العودة؛
• ك — كفاءة الغلاية (0.95 لغلاية الغاز).

باستبدال البيانات المحسوبة في الصيغة، لدينا: (0.86 * 8080 * 0.95)/80-60 = 6601.36/20 = 330 كجم/ساعة.وبالتالي، في ساعة واحدة، يتحرك 330 لترًا من سائل التبريد (الماء) عبر النظام، وتبلغ سعة النظام حوالي 110 لترًا.

تحديد قطر الأنبوب

لتحديد قطر وسمك أنابيب التدفئة أخيرا، يبقى مناقشة مسألة فقدان الحرارة.

الحد الأقصى لكمية الحرارة تخرج من الغرفة عبر الجدران - ما يصل إلى 40%، عبر النوافذ - 15%، الأرضية - 10%، وكل شيء آخر عبر السقف/السقف. تتميز الشقة بالخسائر بشكل رئيسي من خلال وحدات النوافذ والشرفات

هناك عدة أنواع من فقدان الحرارة في الغرف الساخنة:

1. فقدان ضغط تدفق الأنابيب. تتناسب هذه المعلمة بشكل مباشر مع منتج فقدان الاحتكاك المحدد داخل الأنبوب (المقدم من قبل الشركة المصنعة) والطول الإجمالي للأنبوب. ولكن في ضوء المهمة الحالية، يمكن تجاهل مثل هذه الخسائر.
2. فقدان الضغط عند مقاومة الأنابيب المحلية - تكاليف الحرارة في التركيبات والمعدات الداخلية. ولكن بالنظر إلى ظروف المشكلة، فإن عددا صغيرا من الانحناء المناسب وعدد المشعات، يمكن إهمال هذه الخسائر.
3. فقدان الحرارة على أساس موقع الشقة. وهناك نوع آخر من التكلفة الحرارية، ولكنها ترتبط أكثر بموقع الغرفة بالنسبة لباقي أجزاء المبنى. بالنسبة للشقة العادية، التي تقع في منتصف المنزل ومتاخمة لشقق أخرى على اليسار/اليمين/الأعلى/الأسفل، فإن فقدان الحرارة من خلال الجدران الجانبية والسقف والأرضية يساوي تقريبًا "0".

يمكنك فقط أن تأخذ في الاعتبار الخسائر من خلال الجزء الأمامي من الشقة - الشرفة والنافذة المركزية للغرفة المشتركة. ولكن يمكن حل هذه المشكلة عن طريق إضافة 2-3 أقسام لكل مشعات.

يتم اختيار قطر الأنبوب وفقًا لمعدل تدفق سائل التبريد وسرعة دورانه في مصدر التسخين الرئيسي

من خلال تحليل المعلومات المذكورة أعلاه، تجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة للسرعة المحسوبة للمياه الساخنة في نظام التدفئة، من المعروف أن السرعة الجدولية لحركة جزيئات الماء بالنسبة لجدار الأنبوب في وضع أفقي تبلغ 0.3-0.7 م/ث.

لمساعدة السيد، نقدم ما يسمى بقائمة المراجعة لإجراء العمليات الحسابية للحساب الهيدروليكي النموذجي لنظام التدفئة:

• جمع البيانات وحساب قوة الغلايات.
• حجم وسرعة سائل التبريد؛
• فقدان الحرارة وقطر الأنبوب.

في بعض الأحيان، عند إجراء الحسابات، يمكنك الحصول على قطر أنبوب كبير بما يكفي لتغطية الحجم المحسوب لسائل التبريد. يمكن حل هذه المشكلة عن طريق زيادة إزاحة الغلاية أو إضافة خزان توسعة إضافي.

يوجد على موقعنا مجموعة من المقالات المخصصة لحساب نظام التدفئة، نوصي بقراءة:

1. الحساب الحراري لنظام التدفئة: كيفية حساب الحمل على النظام بشكل صحيح
2. حساب تسخين المياه: الصيغ والقواعد وأمثلة التنفيذ
3. حساب الهندسة الحرارية للمبنى: تفاصيل وصيغ لإجراء العمليات الحسابية + أمثلة عملية

استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع

ميزات ومزايا وعيوب أنظمة تداول المبرد الطبيعية والقسرية لأنظمة التدفئة:

وبتلخيص الحسابات الهيدروليكية، كانت النتيجة خصائص فيزيائية محددة لنظام التدفئة المستقبلي.

وبطبيعة الحال، هذا مخطط حسابي مبسط يوفر بيانات تقريبية فيما يتعلق بالحسابات الهيدروليكية لنظام التدفئة لشقة نموذجية من غرفتين.

هل تحاول إجراء حساب هيدروليكي لنظام التدفئة بنفسك؟ أو ربما لا توافق على المادة المقدمة؟ نحن في انتظار تعليقاتك وأسئلتك - مجموعة التعليقات موجودة أدناه.