Fűtési rendszer hidraulikai számítása egy konkrét példán

A melegvíz keringésén alapuló fűtés – a leggyakoribb megoldás a magánházak kialakításában. A rendszer szakszerű megtervezéséhez szükség van az előzetes elemzési eredményekre, az úgynevezett hidraulikai számításra, amely összehangolja a nyomást a hálózat minden szakaszán a csövek átmérőivel.

A bemutatott cikkben részletesen ismertettük a számítási módszertant. A műveletek algoritmusának jobb megértése érdekében egy konkrét példán keresztül vizsgáltuk meg a számítás menetét.

A leírt sorrendet betartva meghatározható a vezeték optimális átmérője, a fűtőtestek száma, a kazán teljesítménye és a rendszer egyéb paraméterei, amelyek szükségesek egy hatékony egyedi hőellátás kialakításához.

A hidraulikai számítás fogalma

A fűtési rendszerek technológiai fejlődésének meghatározó tényezőjévé az energiahordozón való egyszerű megtakarítás vált. A spórolási vágy arra késztet, hogy alaposabban közelítsünk a lakás fűtésének tervezéséhez, anyagválasztásához, szerelési módjaihoz és üzemeltetéséhez.

Ezért, ha Ön úgy döntött, hogy egyedi és mindenekelőtt gazdaságos fűtési rendszert hoz létre lakásához vagy házához, akkor ajánljuk, hogy ismerkedjen meg a számítás és tervezés szabályaival.

Mielőtt meghatároznánk a rendszer hidraulikai számításának fogalmát, világosan és egyértelműen meg kell érteni, hogy a lakás és a ház egyedi fűtési rendszere feltételesen egy nagyságrenddel magasabb szinten áll a nagy épület központi fűtési rendszeréhez képest.

A személyes fűtési rendszer alapvetően eltérő megközelítésen alapul a hő és az energiaforrás fogalmaihoz.

A hidraulikai számítás lényege, hogy a hőhordozó térfogatáramát nem előre, a valós paraméterekhez jelentős közelítéssel adják meg, hanem a csővezeték átmérőinek a rendszer összes körében lévő nyomásparaméterekkel való összehangolásával határozzák meg.

Elég egy egyszerű összehasonlítást végezni ezeken a rendszereken a következő paraméterek alapján.

1. A központi fűtési rendszer (kazánház-ház-lakás) standard energiahordozó típusokon alapul – szén, gáz. Az autonóm rendszerben gyakorlatilag bármilyen anyag használható, amely magas fűtőértékkel rendelkezik, vagy több folyékony, szilárd, szemcsés anyag kombinációja.
2. A COS hagyományos elemekre épül: fémcsövek, “durva” radiátorok, elzáró szerelvények. Az egyedi fűtési rendszer viszont lehetővé teszi a legkülönfélébb elemek kombinálását: többszekciós, jó hőleadású radiátorok, korszerű termosztátok, különböző csőtípusok (PVC és réz), csapok, dugók, idomok, és természetesen saját, gazdaságosabb kazánok, keringető szivattyúk.
3. Ha belépünk egy tipikus, 20-40 évvel ezelőtt épült panelház lakásába, azt látjuk, hogy a fűtési rendszer egy 7 szekciós radiátorra korlátozódik az ablak alatt a lakás minden szobájában, plusz egy függőleges csőre az egész házon át (felszálló), amelyen keresztül “kommunikálhatunk” a felettünk/alattunk lakó szomszédokkal. Más a helyzet az autonóm fűtési rendszerrel (ASO) – lehetővé teszi bármilyen bonyolultságú rendszer kiépítését a lakók egyéni igényeinek figyelembevételével.
4. Ellentétben a COS-szal, az egyedi fűtési rendszer egy meglehetősen tekintélyes paraméterlistát vesz figyelembe, amelyek befolyásolják a hőátadást, az energiafogyasztást és a hőveszteségeket. A környezeti hőmérsékleti viszonyok, a helyiségekben elvárt hőmérséklet-tartomány, a helyiség területe és térfogata, az ablakok és ajtók száma, a helyiségek rendeltetése stb.

Így a fűtési rendszer hidraulikus számítása (GRSZ) – egy feltételes halmaza a fűtési rendszer számított jellemzőinek, amely átfogó információt nyújt olyan paraméterekről, mint a csövek átmérője, a radiátorok száma és a szelepek.

Ezt a radiátortípust a legtöbb panelházban telepítették a posztszovjet térségben. Az anyagmegtakarítás és a tervezési ötlet hiánya “szembetűnő”.

GRSZ lehetővé teszi a vízgyűrűs szivattyú (fűtőkazán) helyes kiválasztását a forró víz szállítására a fűtési rendszer végeleméhez (radiátorokhoz), és végeredményben egy maximálisan kiegyensúlyozott rendszert kapunk, ami közvetlenül befolyásolja a lakás fűtésére fordított pénzügyi beruházásokat.

Egy másik típusú fűtési radiátor a központi fűtési rendszerhez. Ez egy sokoldalúbb termék, amely tetszőleges számú bordával rendelkezhet. Így növelhető vagy csökkenthető a hőátadó felület.

A számítás lépéseinek sorrendje

A fűtési rendszer számításáról szólva megjegyezzük, hogy ez az eljárás a leginkább kétértelmű és fontos a tervezés szempontjából.

A számítás elvégzése előtt előzetes elemzést kell végezni a jövőbeli rendszerről, például:

• meghatározni a hőmérleget az összes, és konkrétan a lakás minden egyes szobájában;
• kiválasztani a termosztátokat, szelepeket és nyomásszabályozókat;
• meghatározni a rendszer azon szakaszait, ahol a hőhordozó áramlása maximális és minimális.

Ezenkívül meg kell határozni a hőhordozó szállításának általános sémáját: teljes és kis kör, egycsöves rendszer vagy kétcsöves fővezeték.

A hidraulikus számítás elvégzése eredményeként több fontos jellemzőt kapunk a hidraulikus rendszerről, amelyek választ adnak a következő kérdésekre:

• milyen legyen a fűtési forrás teljesítménye;
• mekkora a hőhordozó áramlása és sebessége;
• mekkora átmérőjű legyen a hővezeték fő ága;
• milyen lehetséges hőveszteségek és magának a hőhordozónak a tömegveszteségei.

A hidraulikus számítás másik fontos aspektusa a rendszer összes részének (ágainak) kiegyensúlyozási (összehangolási) eljárása extrém hőmérsékleti üzemmódok esetén szabályozó eszközök segítségével.

Több alapvető típusú fűtőberendezést különböztetünk meg: öntöttvas és alumínium többszekciós, acél panel, bimetál radiátorok és konvektorok. De a legelterjedtebbek az alumínium többszekciós radiátorok.

A csővezeték főágának számítási zónája az a szakasz, ahol a főág átmérője állandó, valamint a forró víz áramlása változatlan, amelyet a helyiségek hőmérlegének képlete határoz meg. A számítási zónák felsorolása a szivattyútól vagy a hőforrástól kezdődik.

A példa kezdeti feltételei

A hidraulikai számítás összes részletének konkrétabb magyarázatához vegyünk egy szokásos lakóhelyiség konkrét példáját. Rendelkezésre áll egy klasszikus 2 szobás panellakás, 65,54 m² összterülettel, amely két szobát, konyhát, külön WC-t és fürdőszobát, dupla folyosót és összekapcsolt erkélyt foglal magában.

Az üzembe helyezés után a következő információkat kaptuk a lakás készültségéről. A leírt lakás magában foglalja a glettelt és alapozott falakat monolit vasbeton szerkezetekből, kétkamrás üvegezésű profilablakokat, préselt forgácslapból készült belső ajtókat, kerámia burkolólapot a fürdőszoba padlóján.

Egy tipikus panelos, 9 emeletes ház négy bejárattal. Minden emeleten 3 lakás: egy 2 szobás és két 3 szobás. A lakás az ötödik emeleten található.

Ezenkívül a bemutatott lakás már fel van szerelve réz vezetékekkel, elosztókkal és külön kapcsolótáblával, gáztűzhellyel, káddal, mosdókagylóval, WC-vel, törölközőszárítóval és mosogatóval.

És ami a legfontosabb, a nappaliban, a fürdőszobában és a konyhában már alumínium fűtőtestek vannak. A csövek és a kazán kérdése továbbra is nyitott.

Az adatok gyűjtése

A rendszer hidraulikai számítása nagyrészt a helyiség területe alapján történő fűtésszámítással kapcsolatos számításokon alapul.

Ezért a következő információkra van szükség:

• az egyes helyiségek területe;
• az ablak- és ajtónyílások méretei (a belső ajtók gyakorlatilag nem befolyásolják a hőveszteséget);
• az éghajlati viszonyok, a régió sajátosságai.

Az alábbi adatokból indulunk ki. A nappali területe – 18,83 m², a hálószoba – 14,86 m², a konyha – 10,46 m², az erkély – 7,83 m² (összesen), a folyosó – 9,72 m² (összesen), a fürdőszoba – 3,60 m², a WC – 1,5 m². A bejárati ajtók – 2,20 m², a nappali ablakfelülete – 8,1 m², a hálószoba ablaka – 1,96 m², a konyha ablaka – 1,96 m².

A lakás falainak magassága – 2 méter 70 cm. A külső falak B7 osztályú betonból készültek, plusz belső vakolat, 300 mm vastagságban. A belső falak és válaszfalak – teherhordók 120 mm, a normál falak – 80 mm. A padló és ennek megfelelően a mennyezet B15 osztályú beton födémlemezekből készült, 200 mm vastagságban.

A lakás elrendezése lehetővé teszi egyetlen fűtési ág létrehozását, amely áthalad a konyhán, a hálószobán és a nappalin, ami 20-22⁰C átlaghőmérsékletet biztosít a helyiségekben (+).

Ami a környezetet illeti? A lakás egy házban található, amely egy kisváros lakónegyedének közepén helyezkedik el. A város egy bizonyos mélyföldön fekszik, tengerszint feletti magassága 130-150 m. Az éghajlat mérsékelten kontinentális, hűvös téllel és meglehetősen meleg nyárral.

Az éves átlaghőmérséklet +7,6°C. Január átlaghőmérséklete -6,6°C, júliusé +18,7°C. A szél 3,5 m/s, a levegő átlagos páratartalma 74%, a csapadék mennyisége 569 mm.

A régió éghajlati viszonyait elemezve meg kell jegyezni, hogy nagy hőmérséklet-ingadozással van dolgunk, ami viszont különleges követelményeket támaszt a lakás fűtési rendszerének szabályozásával szemben.

A hőtermelő teljesítménye

A fűtési rendszer egyik fő alkotóeleme a kazán: elektromos, gázüzemű, kombinált – jelen szakaszban ennek nincs jelentősége. Mivel a legfontosabb jellemzője a teljesítmény, vagyis az egységnyi idő alatt a fűtésre fordított energia mennyisége.

A kazán teljesítményét az alábbi képlet határozza meg:

Wkazán = (Shel * Wfajl) / 10,

ahol:

• Shely – az összes fűtendő helyiség területének összege;
• Wfajl – a fajlagos teljesítmény, figyelembe véve a helyszín éghajlati viszonyait (ezt szolgálta a régió éghajlatának ismerete).

Jellemzően a különböző éghajlati övezetekre a következő adatok vonatkoznak:

• északi régiók – 1,5 – 2 kW/m²;
• központi zóna – 1 – 1,5 kW/m²;
• déli régiók – 0,6 – 1 kW/m².

Ezek a számok meglehetősen feltételesek, mégis egyértelmű numerikus választ adnak a környezetnek a lakás fűtési rendszerére gyakorolt hatásával kapcsolatban.

Ezen a térképen különböző hőmérsékleti módokkal rendelkező éghajlati övezetek láthatók. Attól, hogy a lakás az övezethez képest hol helyezkedik el, függ, hogy mennyi kilowatt energiát kell költeni egy négyzetméter fűtésére (+)

A fűtendő lakásterület összege megegyezik a lakás teljes területével, azaz – 65,54-1,80-6,03=57,71 m² (az erkély nélkül). A kazán fajlagos teljesítménye a hideg telű központi régióban – 1,4 kW/m². Így példánkban a fűtőkazán számított teljesítménye 8,08 kW.

A hőhordozó dinamikai paraméterei

Áttérünk a számítások következő szakaszára – a hőhordozó-felhasználás elemzésére. A legtöbb esetben a lakás fűtési rendszere eltér más rendszerektől – ez a fűtőpanelek számának és a csővezeték hosszának köszönhető. A nyomást a rendszerben a függőleges áramlás további „hajtóerejeként” használják.

Magán egy- és többszintes házakban, régi panel társasházakban nagynyomású fűtési rendszereket alkalmaznak. Ez lehetővé teszi a hőátadó anyag szállítását a rendszer elágazó, többgyűrűs fűtési rendszerének minden részébe, valamint a víz felemelését az épület teljes magasságáig (a 14. emeletig).

Ezzel szemben egy átlagos 2- vagy 3 szobás, önálló fűtésű lakás nem rendelkezik a rendszer ilyen változatos gyűrűivel és ágaival, legfeljebb három fűtési kört foglal magában.

Így a hőhordozó szállítása a víz áramlásának természetes folyamata révén történik. De használhatunk keringető szivattyúkat is, a fűtést gáz- vagy elektromos kazán biztosítja.

Javasoljuk, hogy 100 m²-nél nagyobb helyiségek fűtéséhez használjon keringető szivattyút. A szivattyút a kazán elé és mögé is be lehet szerelni, de általában a “visszatérő” ágra teszik – kisebb a hőhordozó hőmérséklete, kisebb a levegőzáródás veszélye, hosszabb a szivattyú élettartama.

A fűtési rendszerek tervezése és szerelése területén dolgozó szakemberek két fő megközelítést határoznak meg a hőhordozó mennyiségének kiszámítására:

1. A rendszer tényleges űrtartalma alapján. Összeadódik az összes, forró vizet szállító üreg térfogata: a csőszakaszok, radiátorszelvények stb. összege. Ez azonban meglehetősen munkaigényes megoldás.
2. A kazán teljesítménye alapján. Itt a szakemberek véleménye nagyon megoszlik: egyesek 10, mások 15 litert javasolnak a kazán teljesítményének egységére.

Pragmatikus szempontból figyelembe kell venni azt a tényt, hogy a fűtési rendszer valószínűleg nemcsak a helyiség fűtésére szolgál, hanem meleg vizet is biztosít a fürdőszoba, zuhanyzó, mosdókagyló, mosogató és szárító, esetleg hidromasszázs vagy jakuzzi számára is. Ez a változat egyszerűbb.

Ezért ebben az esetben 13,5 liter beállítását javasoljuk a teljesítmény egységére. Ezt a számot megszorozva a kazán teljesítményével (8,08 kW) megkapjuk a számított víztömeg térfogatát – 109,08 l.

A rendszerben kiszámított hőhordozó sebesség pontosan az a paraméter, amely lehetővé teszi a fűtési rendszer csőátmérőjének kiválasztását.

A következő képlettel számítható ki:

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

ahol:

• W – a kazán teljesítménye;
• t – a betáplált víz hőmérséklete;
• to – a visszatérő kör vízének hőmérséklete;
• k – a kazán hatásfoka (0,95 gázkazán esetén).

A számítási adatokat a képletbe behelyettesítve: (0.86 * 8080* 0.95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/óra. Így egy óra alatt 330 liter hőhordozó (víz) áramlik a rendszerben, a rendszer űrtartalma pedig körülbelül 110 liter.

A csövek átmérőjének meghatározása

A fűtőcsövek átmérőjének és vastagságának végleges meghatározásához még meg kell vitatni a hőveszteségek kérdését.

A hő nagy része a helyiségből távozik: falakon keresztül akár 40%, ablakokon 15%, padlón 10%, a többi a mennyezeten/tetőn keresztül. Lakás esetében a hőveszteség elsősorban az ablakokon és erkélymodulokon keresztül jellemző.

A fűtött helyiségekben többféle hőveszteség létezik:

1. Nyomásveszteség a csőben. Ez a paraméter egyenesen arányos a fajlagos súrlódási veszteség (a gyártó által megadott) és a cső teljes hosszának szorzatával. De a jelenlegi feladatot tekintve ezek a veszteségek figyelmen kívül hagyhatók.
2. Helyi csőellenállásokon keletkező nyomásveszteség – a szerelvényeken és a berendezéseken belüli hőveszteség. De a feladat körülményeit figyelembe véve, a kis számú szerelvény-ív és radiátor miatt ezek a veszteségek elhanyagolhatók.
3. Hőveszteség a lakás elhelyezkedése alapján. Létezik még egy típusú hőveszteség, de ezek inkább a helyiség épületen belüli elhelyezkedéséhez kapcsolódnak. Egy átlagos, a ház közepén elhelyezkedő, balra/jobbra/felül/alul más lakásokkal szomszédos lakás esetében az oldalfalakon, mennyezeten és padlón keresztüli hőveszteség gyakorlatilag “0”.

A számításba csak a lakás homlokzati részén – az erkélyen és a közös helyiség központi ablakán – keresztüli veszteségek vehetők figyelembe. De ezt a kérdést a radiátoronkénti 2-3 szekció hozzáadása megoldja.

A csőátmérő kiválasztása a hőhordozó áramlási sebessége és a fűtési körben való keringési sebessége alapján történik.

A fenti információkat elemezve érdemes megjegyezni, hogy a fűtési rendszerben a kiszámított forró víz sebességéhez ismert a vízrészecskék csőfalhoz viszonyított, vízszintes helyzetben mért táblázatos sebessége: 0,3-0,7 m/s.

A szakember segítségére álljon itt egy úgynevezett ellenőrzőlista a fűtési rendszer tipikus hidraulikai számításának elvégzéséhez:

• adatok gyűjtése és a kazán teljesítményének kiszámítása;
• a hőhordozó térfogata és sebessége;
• hőveszteség és a csövek átmérője.

Néha a számítás során elég nagy csőátmérőt kaphatunk, ami meghaladja a számított hőhordozó térfogatát. Ezt a problémát meg lehet oldani a kazán űrtartalmának növelésével vagy egy további tágulási tartály hozzáadásával.

Weboldalunkon található egy cikkblokk, amely a fűtési rendszer számításával foglalkozik, javasoljuk, hogy tekintse meg:

1. A fűtési rendszer hőszámítása: hogyan készítse el szakszerűen a rendszer terhelésének számítását
2. Vízfűtés számítása: képletek, szabályok, kivitelezési példák
3. Épület hőtechnikai számítása: a számítások sajátosságai és képletei + gyakorlati példák

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A hőhordozó természetes és kényszerített cirkulációs rendszereinek jellemzői, előnyei és hátrányai fűtési rendszerek esetében:

Összefoglalva a hidraulikai számítás eredményeit, a jövőbeli fűtési rendszer konkrét fizikai jellemzőit kaptuk.

Természetesen ez egy egyszerűsített számítási séma, amely hozzávetőleges adatokat ad egy tipikus kétszobás lakás fűtési rendszerének hidraulikai számításához.

Ön megpróbálja saját maga elvégezni a fűtési rendszer hidraulikai számítását? Vagy esetleg nem ért egyet a bemutatott anyaggal? Várjuk észrevételeit és kérdéseit – a visszajelzési blokk lent található.