Küttesüsteemi hüdrauliline arvutus konkreetsel näitel

Kuuma vee ringlusel põhinev küte – eramu korraldamise kõige levinum variant. Süsteemi asjatundlikuks väljatöötamiseks on vaja omada eelnevaid analüüsitulemusi, nn küttesüsteemi hüdraulilist arvutust, mis seob rõhu kõigis võrgustiku osades toru läbimõõtudega.

Esitatud artiklis on üksikasjalikult kirjeldatud arvutuste metoodika. Et paremini mõista tegevuste algoritmi, käsitlesime arvutuse järjekorda konkreetse näite abil.

Kirjeldatud järjestusest kinni pidades õnnestub määrata magistraali optimaalne läbimõõt, kütteseadmete arv, katla võimsus ja muud süsteemi parameetrid, mis on vajalikud tõhusa individuaalse soojusvarustuse korraldamiseks.

Hüdraulilise arvutuse mõiste

Küttesüsteemide tehnoloogilise arengu määravaks teguriks on saanud tavaline kokkuhoid energiakandjalt. Soov kokku hoida sunnib põhjalikumalt lähenema eluaseme kütte projekteerimisele, materjalide valikule, paigaldus- ja kasutusviisidele.

Seetõttu, kui olete otsustanud luua ainulaadse ja eelkõige säästliku küttesüsteemi oma korteri või maja jaoks, siis soovitame tutvuda arvutamise ja projekteerimise reeglitega.

Enne süsteemi hüdraulilise arvutuse määratlemist tuleb selgelt aru saada, et korteri ja maja individuaalne küttesüsteem on tinglikult ühe taseme võrra kõrgemal kui suure hoone tsentraalne küttesüsteem.

Isiklik küttesüsteem põhineb põhimõtteliselt teistsugusel lähenemisel soojuse ja energiaressursi mõistetele.

Hüdraulilise arvutuse olemus seisneb selles, et soojuskandja vooluhulka ei määrata ette olulise lähendusega tegelikele parameetritele, vaid see määratakse torustiku läbimõõtude sidumise kaudu rõhuparameetritega süsteemi kõikides ringides.

Piisab nende süsteemide tavalisest võrdlusest järgmiste parameetrite põhjal.

1. Keskne küttesüsteem (katlamaja-maja-korter) põhineb standardsetel energiakandjatel – süsi, gaas. Autonoomse süsteemi puhul saab kasutada praktiliselt iga ainet, millel on kõrge eripõlemissoojus, või mitme vedela, tahke või granuleeritud materjali kombinatsiooni.
2. Keskküttesüsteem (KKS) on ehitatud tavalistest elementidest: metalltorud, “kohmakad” patareid, sulgarmatuur. Individuaalne küttesüsteem võimaldab aga kombineerida väga erinevaid elemente: mitmesektsioonilised radiaatorid hea soojusülekandega, kõrgtehnoloogilised termostaadid, erinevad torude tüübid (PVC ja vask), kraanid, korgid, liitmikud ja loomulikult oma ökonoomsemad katlad, tsirkulatsioonipumbad.
3. Kui minna tüüpilise 20-40 aastat tagasi ehitatud paneelmaja korterisse, näeme, et küttesüsteem taandub 7-sektsioonilisele patareile akna all igas korteri toas pluss vertikaaltoru läbi kogu maja (püstik), mille abil saab “suhelda” ülemiste/alumiste naabritega. Seevastu autonoomne küttesüsteem (AKS) – võimaldab ehitada süsteemi igasuguse keerukusega, arvestades korteri elanike individuaalseid soove.
4. Erinevalt KKS-st arvestab omaette küttesüsteem üsna muljetavaldavat loendit parameetritest, mis mõjutavad energia ülekandmist, tarbimist ja soojuskadusid. Ümbritseva keskkonna temperatuurirežiim, nõutav temperatuurivahemik ruumides, ruumi pindala ja maht, akende ja uste arv, ruumide otstarve jne.

Seega on küttesüsteemi hüdrauliline arvutus (GRSO) – tingimuslik arvutatavate omaduste kogum, mis annab ammendavat teavet selliste parameetrite kohta nagu torude läbimõõt, radiaatorite arv ja klapid.

Seda tüüpi radiaatoreid paigaldati enamikesse paneelmajadesse postsovetlikus ruumis. Materjalide kokkuhoid ja konstruktsiooniidee puudumine on “silmnähtav”

GRSO võimaldab õigesti valida vee-ringerõngaspumba (küttekatel) kuuma vee transportimiseks küttesüsteemi lõppelementidesse (radiaatoritesse) ja lõpptulemusena omada maksimaalselt tasakaalustatud süsteemi, mis mõjutab otseselt eluruumi kütte finantsinvesteeringuid.

Veel üks kütteradiaatori tüüp TSOS-i jaoks. See on mitmekülgsem toode, millel võib olla suvaline arv ribisid. Nii saab soojusvahetuspinda suurendada või vähendada.

Arvutuse sammude järjestus

Rääkides küttesüsteemi arvutusest, märgime, et see protseduur on projekteerimise seisukohalt kõige mitmetähenduslikum ja olulisem.

Enne arvutuse tegemist tuleb teha tulevase süsteemi eelanalüüs, näiteks:

• kehtestada soojusbilanss kõigis ja täpsemalt iga korteri toa kohta;
• valida termoregulaatorid, klapid ja rõhuregulaatorid;
• määrata süsteemi lõigud maksimaalse ja minimaalse soojuskandja kuluga.

Lisaks tuleb määrata soojuskandja transpordi üldskeem: täis- ja väikekontuur, ühetorusüsteem või kahetoruliin.

Hüdraulilise arvutuse tulemusel saame mitu olulist hüdrosüsteemi omadust, mis annavad vastused järgmistele küsimustele:

• milline peaks olema kütteallika võimsus;
• milline on soojuskandja kulunorm ja kiirus;
• milline läbimõõt on vajalik soojustorustiku põhiliinil;
• millised on võimalikud soojuskaod ja soojuskandja massi kaod.

Teine oluline hüdraulilise arvutuse aspekt on kõigi süsteemi osade (harude) tasakaalustamise (sidumise) protseduur ekstreemsetes soojusrežiimides reguleerimisseadmete abil.

Eristatakse mitmeid peamisi kütteseadmete tüüpe: malmist ja alumiiniumist mitmesektsioonilised, terasest paneel-, bimetallradiaatorid ja konvektorid. Kuid kõige levinumad on alumiiniumist mitmesektsioonilised radiaatorid.

Torustiku magistraali arvutustsooniks on lõik, millel on konstantne läbimõõt ning muutumatu kuuma vee kulu, mis on määratud ruumide soojusbilansi valemi järgi. Arvutustsoonide loetelu algab pumbast või soojusallikast.

Näite algtingimused

Et kõiki hüdraulilise arvutuse üksikasju täpsemalt selgitada, võtame konkreetse näite tüüpilisest eluruumist. Meil on klassikaline 2-toaline korter paneelmajas, üldpinnaga 65,54 m², mis hõlmab kahte tuba, kööki, eraldi tualetti ja vannituba, topeltkoridori ja ühendatud rõdu.

Pärast kasutusloa saamist saime korteri valmiduse kohta järgmise teabe. Kirjeldatud korter sisaldab pahtli ja kruntvärviga töödeldud monoliitsetest raudbetoonkonstruktsioonidest seinu, kahekambriliste klaasidega profiilaknaid, saepurust pressitud siseuksi ja keraamilisi plaate sanitaarruumi põrandal.

Tüüpiline 9-korruseline paneelmaja nelja sissepääsuga. Igal korrusel on 3 korterit: üks 2-toaline ja kaks 3-toalist. Korter asub viiendal korrusel.

Lisaks on kõnealune eluase juba varustatud vaskjuhtmestiku, jaotuskarpide ja eraldi kilbiga, gaasipliidi, vanni, kraanikausi, tualettpotti, käterätikuivati ja valamuga.

Ja mis kõige tähtsam – elutubades, vannitoas ja köögis on juba alumiiniumist kütteradiaatorid. Küsimus torude ja katla osas jääb lahtiseks.

Kuidas andmeid kogutakse

Küttesüsteemi hüdrauliline arvutus põhineb suures osas arvutustel, mis on seotud kütte arvutamisega ruumi pindala põhjal.

Seetõttu on vaja järgmist teavet:

• iga ruumi eraldi pindala;
• akna- ja ukseavade mõõtmed (siseuksed soojakadusid praktiliselt ei mõjuta);
• kliimatingimused ja piirkonna iseärasused.

Lähtume järgmistest andmetest. Elutoa pindala – 18,83 m², magamistuba – 14,86 m², köök – 10,46 m², rõdu – 7,83 m² (kokku), koridor – 9,72 m² (kokku), vannituba – 3,60 m², tualett – 1,5 m². Välisuksed – 2,20 m², elutoa vaateaken – 8,1 m², magamistoa aken – 1,96 m², köögi aken – 1,96 m².

Korteri seinte kõrgus – 2 meetrit 70 cm. Välisseinad on B7-klassi betoonist, seestpoolt krohvitud, paksusega 300 mm. Siseseinad ja vaheseinad – kandvad 120 mm, tavalised – 80 mm. Põrand ja vastavalt lagi on B15-klassi betoonist vahelaeplaadid paksusega 200 mm.

Selle korteri planeering võimaldab luua üheainsa kütteringi, mis läbib kööki, magamistuba ja elutuba, tagades ruumides keskmise temperatuuri 20-22⁰C (+).

Mis puudutab keskkonda? Korter asub majas, mis paikneb väikelinna mikrorajooni keskel. Linn asub madalikul, kõrgus merepinnast on 130–150 m. Kliima on parasvöötme kontinentaalne, jaheda talve ja üsna sooja suvega.

Aasta keskmine temperatuur on +7,6 °C. Jaanuari keskmine temperatuur on –6,6 °C, juuli +18,7 °C. Tuul – 3,5 m/s, keskmine õhuniiskus – 74%, sademete hulk 569 mm.

Piirkonna kliimatingimusi analüüsides tuleb märkida, et tegemist on suure temperatuurikõikumisega, mis omakorda mõjutab korteri küttesüsteemi reguleerimise erinõudeid.

Soojusgeneraatori võimsus

Üks küttesüsteemi põhikomponente on katel: elektriline, gaasiline, kombineeritud – praeguses etapis pole see oluline. Kuna meie jaoks on oluline selle peamine omadus – võimsus, see tähendab ajaühikus küttele kuluv energia hulk.

Katlite võimsus määratakse allpool toodud valemiga:

Wkatla = (Sruum * Wüksik) / 10,

kus:

• Sruum – kõigi köetavate ruumide pindalade summa;
• Wüksik – erivõimsus, võttes arvesse asukoha kliimatingimusi (sellepärast oligi vaja teada piirkonna kliimat).

Iseloomulikult on erinevate kliimavööndite kohta järgmised andmed:

• põhjapiirkonnad – 1,5 – 2 kW/m²;
• keskvöönd – 1 – 1,5 kW/m²;
• lõunapiirkonnad – 0,6 – 1 kW/m².

Need arvud on üsna tinglikud, kuid annavad siiski selge arvulise vastuse keskkonna mõju kohta korteri küttesüsteemile.

Sellel kaardil on kujutatud kliimavööndid erinevate temperatuurirežiimidega. Elamispinna asukohast vööndi suhtes sõltub, kui palju tuleb kulutada ruutmeetri kütmiseks kilovatte energiat (+)

Korteri köetava pindala summa – võrdub korteri üldpinnaga ja on, nimelt – 65,54–1,80–6,03=57,71 m² (miinus rõdu). Katla erivõimsus külma talvega keskpiirkonna jaoks – 1,4 kW/m². Seega on meie näites küttekatla arvutuslik võimsus 8,08 kW.

Soojuskandja dünaamilised parameetrid

Liigume edasi arvutuste järgmisse etappi – soojuskandja tarbimise analüüsi. Enamasti erineb korteri küttesüsteem teistest süsteemidest – see on seotud küttepaneelide arvu ja torustiku pikkusega. Rõhku kasutatakse täiendava “liikumapaneva jõuna” voolu liikumiseks vertikaalselt mööda süsteemi.

Eramajades ja mitmekorruselistes majades, vanades paneelmajades kasutatakse kõrgsurve küttesüsteeme, mis võimaldab transportida soojust eraldavat ainet kõikidesse hargnenud mitmerõngalise küttesüsteemi osadesse ja tõsta vett kogu hoone kõrgusele (kuni 14. korruseni).

Vastupidi, tavaline 2- või 3-toaline korter autonoomses küttega ei oma sellist mitmekesisust rõngaste ja harude osas; see hõlmab mitte rohkem kui kolme kontuuri.

Seega toimub soojuskandja transportimine vee loomuliku voolu abil. Kuid saab kasutada ka tsirkulatsioonipumpasid; kütte tagab gaasi-/elektrikatel.

Soovitame kasutada tsirkulatsioonipumpa ruumide kütmisel, mis on suuremad kui 100 m². Pumpa saab paigaldada nii enne kui ka pärast boilerit, kuid tavaliselt paigaldatakse see tagasivoolule “tagasivool” – väiksem kandja temperatuur, väiksem õhulisus, pikem pumba kasutusiga.

Küttesüsteemide projekteerimise ja paigaldamise valdkonna spetsialistid määratlevad kaks peamist lähenemisviisi soojuskandja mahu arvutamisel:

1. Süsteemi tegeliku mahtuvuse järgi. Summeeritakse kõik eranditult õõnsuste mahud, kus kuuma vee vool läbib: üksikute toruosade, radiaatorisektsioonide jne summa. Kuid see on üsna töömahukas variant.
2. Boileri võimsuse järgi. Siin on ekspertide arvamused väga erinevad; ühed ütlevad 10, teised 15 liitrit boileri võimsuse ühiku kohta.

Pragmaatilisest vaatenurgast tuleb arvestada tõsiasjaga, et ilmselt küttesüsteem mitte ainult ei anna sooja vett ruumi, vaid ka soojendab vett vanni/duši, kraanikausi, valamu ja kuivati jaoks ning võib-olla ka hüdromassaaži või mullivanni jaoks. See variant on lihtsam.

Seetõttu soovitame sel juhul paigaldada 13,5 liitrit võimsuse ühiku kohta. Korrutades selle arvu boileri võimsusega (8,08 kW) saame arvutusliku veemassi mahu – 109,08 l.

Arvutatav soojuskandja kiirus süsteemis on just see parameeter, mis võimaldab valida küttesüsteemi jaoks kindla toru läbimõõdu.

See arvutatakse järgmise valemi abil:

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

kus:

• W – boileri võimsus;
• t – antava vee temperatuur;
• to – vee temperatuur tagasivoolu kontuuris;
• k – boileri kasutegur (0,95 gaasiboileri puhul).

Asendades valemisse arvutuslikud andmed, saame: (0,86 * 8080 * 0,95) / 80-60 = 6601,36 / 20 = 330 kg/h. Seega liigub süsteemis ühe tunni jooksul 330 l soojuskandjat (vett) ning süsteemi maht on umbes 110 l.

Torude läbimõõdu määramine

Küttetorude läbimõõdu ja paksuse lõplikuks määramiseks on vaja arutada soojuskadude küsimust.

Maksimaalne soojushulk lahkub ruumist läbi seinte – kuni 40%, läbi akende – 15%, põranda – 10%, kõik ülejäänu läbi lae/katuse. Korterile on iseloomulikud kaod peamiselt läbi akende ja rõdumoodulite

Köetavates ruumides esineb mitut liiki soojuskadusid:

1. Rõhukaod voolutorus. See parameeter on otseselt võrdeline erikao korrutisega toru sees hõõrdumise (esitab tootja) ja toru kogupikkuse vahel. Kuid arvestades praegust ülesannet, võib selliseid kadusid arvestamata jätta.
2. Rõhukadu kohalikel torutakistustel – soojuskulud liitmikel ja seadmete sees. Kuid arvestades ülesande tingimusi, väikest liitmik-painde arvu ja radiaatorite hulka, võib selliseid kadusid eirata.
3. Soojuskadu lähtuvalt korteri asukohast. On olemas veel üks soojuskulu tüüp, kuid see on rohkem seotud ruumi asukohaga ülejäänud hoone suhtes. Tavalise korteri puhul, mis asub maja keskel ja külgneb vasakul/paremal/üleval/all teiste korteritega, on soojuskaod läbi külgseinte, lae ja põranda praktiliselt võrdsed “0”.

Arvesse saab võtta ainult kaod läbi korteri fassaadiosa – rõdu ja elutoa keskakna. Kuid see küsimus lahendatakse, lisades igale radiaatorile 2-3 sektsiooni.

Torude diameetri väärtus valitakse vastavalt soojuskandja vooluhulgale ja selle tsirkulatsiooni kiirusele küttesüsteemi magistraalis

Eeltoodud teavet analüüsides tuleb märkida, et küttesüsteemi arvutatud kuuma vee kiiruse puhul on teada tabeliline veeosakeste liikumise kiirus toru seina suhtes horisontaalasendis 0,3-0,7 m/s.

Meistri abistamiseks esitame nn kontrollnimekirja arvutuste teostamiseks tüüpilise küttesüsteemi hüdraulilise arvutuse jaoks:

• andmete kogumine ja katla võimsuse arvutamine;
• soojuskandja maht ja kiirus;
• soojuskaod ja torude diameeter.

Mõnikord võib arvutuse käigus saada piisavalt suure toru diameetri, et katta arvutatud soojuskandja maht. Seda probleemi saab lahendada katla mahutavuse suurendamise või täiendava paisupaagi lisamisega.

Meie veebisaidil on küttesüsteemi arvutamisele pühendatud artiklite plokk; soovitame nendega tutvuda:

1. Küttesüsteemi soojusarvutus: kuidas õigesti arvutada süsteemi koormust
2. Veekütte arvutus: valemid, reeglid, teostusnäited
3. Hoone soojustehniline arvutus: arvutuste eripära ja valemid + praktilised näited

Järeldused ja kasulik video teemal

Soojuskandja loomuliku ja sundtsirkulatsiooni süsteemide omadused, eelised ja puudused küttesüsteemide jaoks:

Hüdraulilise arvutuse tulemused kokku võttes saime konkreetsed füüsikalised omadused tulevasele küttesüsteemile.

Loomulikult on see lihtsustatud arvutusskeem, mis annab ligikaudsed andmed tüüpilise kahetoalise korteri küttesüsteemi hüdraulilise arvutuse kohta.

Kas proovite iseseisvalt teha küttesüsteemi hüdraulilist arvutust? Või ei nõustu esitatud materjaliga? Ootame Teie kommentaare ja küsimusi – tagasisideplokk asub allpool.