Cálculo hidráulico de un sistema de calefacción mediante un ejemplo específico.

La calefacción basada en la circulación de agua caliente es la opción más común para organizar una casa privada.Para un desarrollo competente del sistema, es necesario contar con los resultados del análisis preliminar, el llamado cálculo hidráulico del sistema de calefacción, que relaciona la presión en todas las secciones de la red con los diámetros de las tuberías.

El artículo presentado describe en detalle la metodología de cálculo. Para comprender mejor el algoritmo de acciones, analizamos el procedimiento de cálculo utilizando un ejemplo específico.

Siguiendo la secuencia descrita, será posible determinar el diámetro óptimo de la tubería, la cantidad de dispositivos de calefacción, la potencia de la caldera y otros parámetros del sistema necesarios para organizar un suministro de calor individual efectivo.

Concepto de cálculo hidráulico.

El factor determinante en el desarrollo tecnológico de los sistemas de calefacción ha sido el habitual ahorro de energía. El deseo de ahorrar dinero nos obliga a abordar con más cuidado el diseño, la selección de materiales, los métodos de instalación y el funcionamiento de la calefacción del hogar.

Por lo tanto, si decide crear un sistema de calefacción único y principalmente económico para su apartamento o casa, le recomendamos que se familiarice con las reglas de cálculo y diseño.

Antes de definir el cálculo hidráulico del sistema, es necesario comprender clara y claramente que el sistema de calefacción individual de un apartamento o casa está ubicado, convencionalmente, en un orden de magnitud más alto en relación con el sistema de calefacción central de un edificio grande.

Un sistema de calefacción personal se basa en un enfoque fundamentalmente diferente de los conceptos de recursos térmicos y energéticos.

La esencia del cálculo hidráulico es que el caudal de refrigerante no se establece de antemano con una aproximación significativa a los parámetros reales, sino que se determina vinculando los diámetros de las tuberías con los parámetros de presión en todos los anillos del sistema.

Basta realizar una comparación trivial de estos sistemas según los siguientes parámetros.

1. El sistema de calefacción central (sala de calderas, casa, apartamento) se basa en tipos estándar de portadores de energía: carbón, gas. En un sistema autónomo, se puede utilizar casi cualquier sustancia que tenga un alto calor específico de combustión, o una combinación de varios materiales líquidos, sólidos o granulares.
2. El DSP se basa en elementos ordinarios: tuberías de metal, baterías "torpes", válvulas de cierre. Un sistema de calefacción individual le permite combinar una variedad de elementos: radiadores de varias secciones con buena transferencia de calor, termostatos de alta tecnología, diferentes tipos de tuberías (PVC y cobre), grifos, enchufes, racores y por supuesto nuestras propias calderas, bombas de circulación más económicas.
3. Si entramos en el apartamento de una típica casa de paneles construida hace 20-40 años, vemos que el sistema de calefacción se reduce a la presencia de una batería de 7 secciones debajo de la ventana en cada habitación del apartamento más un tubo vertical a través del toda la casa (contrahuella), con la que se puede “comunicar” con los vecinos de arriba/abajo. Un sistema de calefacción autónomo (AHS) le permite construir un sistema de cualquier complejidad, teniendo en cuenta los deseos individuales de los residentes de los apartamentos.
4. A diferencia de un DSP, un sistema de calefacción independiente tiene en cuenta una lista bastante impresionante de parámetros que afectan la transferencia, el consumo de energía y la pérdida de calor. Condiciones de temperatura ambiente, rango de temperatura requerido en las habitaciones, área y volumen de la habitación, número de ventanas y puertas, finalidad de las habitaciones, etc.

Por lo tanto, el cálculo hidráulico del sistema de calefacción (HRSO) es un conjunto condicional de características calculadas del sistema de calefacción, que proporciona información completa sobre parámetros tales como el diámetro de la tubería, número de radiadores y válvulas.

Este tipo de radiador se instaló en la mayoría de las casas de paneles del espacio postsoviético. El ahorro en materiales y la falta de ideas de diseño son obvios.

GRSO permite seleccionar correctamente una bomba de anillo hidráulico (caldera de calefacción) para transportar agua caliente a los elementos finales del sistema de calefacción (radiadores) y, como resultado final, disponer del sistema más equilibrado, lo que incide directamente en las inversiones económicas en calefacción del hogar. .

Otro tipo de radiador de calefacción para DSP. Este es un producto más versátil que puede tener cualquier cantidad de nervaduras. De esta forma puedes aumentar o disminuir el área de intercambio de calor.

Secuencia de pasos de cálculo.

Hablando del cálculo del sistema de calefacción, observamos que este procedimiento es el más controvertido e importante en términos de diseño.

Antes de realizar el cálculo, es necesario realizar un análisis preliminar del sistema futuro, por ejemplo:

• establecer un equilibrio térmico en todas y específicamente en cada estancia del apartamento;
• aprobar termostatos, válvulas y reguladores de presión;
• elegir radiadores, superficies de intercambio de calor, paneles de transferencia de calor;
• determinar las áreas del sistema con flujo máximo y mínimo de refrigerante.

Además, es necesario determinar el esquema general de transporte del refrigerante: circuito completo y pequeño, sistema de tubería única o principal de dos tubos.

Como resultado del cálculo hidráulico obtenemos varias características importantes del sistema hidráulico, que dan respuesta a las siguientes preguntas:

• ¿Cuál debería ser la potencia de la fuente de calefacción?
• ¿Cuál es el caudal y la velocidad del refrigerante?
• ¿Cuál es el diámetro requerido de la tubería principal de calefacción?
• ¿Cuáles son las posibles pérdidas de calor y la masa del propio refrigerante?

Otro aspecto importante del cálculo hidráulico es el procedimiento para equilibrar (vincular) todas las partes (ramas) del sistema durante condiciones térmicas extremas utilizando dispositivos de control.

Existen varios tipos principales de productos de calefacción: multisección de hierro fundido y aluminio, paneles de acero, radiadores bimetálicos y covectores. Pero los más habituales son los radiadores multisección de aluminio.

La zona de diseño de la tubería principal es una sección con un diámetro constante de la tubería principal, así como un flujo constante de agua caliente, que está determinado por la fórmula para el equilibrio térmico de las habitaciones. El listado de zonas de diseño comienza desde la bomba o fuente de calor.

Ejemplo de condiciones iniciales

Para una explicación más específica de todos los detalles del cálculo hidráulico, tomemos un ejemplo concreto de un espacio habitable común y corriente. Disponemos de un apartamento clásico de 2 habitaciones en una casa de paneles con una superficie total de 65,54 m2.²que incluye dos habitaciones, cocina, aseo y baño separados, pasillo doble y balcón doble.

Después de la puesta en servicio, recibimos la siguiente información sobre la disponibilidad del apartamento.El apartamento descrito incluye paredes de estructuras monolíticas de hormigón armado tratadas con masilla e imprimación, ventanas perfiladas con vidrio de dos cámaras, puertas interiores prensadas y baldosas de cerámica en el piso del baño.

Una típica casa de paneles de 9 plantas con cuatro entradas. Hay 3 apartamentos en cada piso: uno de 2 habitaciones y dos de 3 habitaciones. El departamento está ubicado en el quinto piso.

Además, la vivienda presentada ya está equipada con cableado de cobre, distribuidores y un panel separado, una estufa de gas, una bañera, un lavabo, un inodoro, un toallero eléctrico y un lavabo.

Y lo más importante, los salones, baño y cocina ya cuentan con radiadores de calefacción de aluminio. La cuestión de las tuberías y la caldera sigue abierta.

Cómo se recopilan los datos

El cálculo hidráulico del sistema se basa principalmente en cálculos relacionados con el cálculo de la calefacción en función del área de la habitación.

Por lo tanto, es necesario contar con la siguiente información:

• el área de cada habitación individual;
• dimensiones de los conectores de puertas y ventanas (las puertas interiores prácticamente no afectan la pérdida de calor);
• condiciones climáticas, características de la región.

Partiremos de los siguientes datos. Área de sala común - 18,83 m², dormitorio - 14,86 m², cocina - 10,46 m², balcón - 7,83 m² (suma), corredor - 9,72 m² (cantidad), baño - 3,60 m², baño - 1,5 m². Puertas de entrada - 2,20 m², escaparate de la sala común - 8,1 m², ventana del dormitorio - 1,96 m², ventana de la cocina - 1,96 m².

La altura de las paredes del apartamento es de 2 metros 70 cm, las paredes exteriores son de hormigón clase B7 más yeso interior de 300 mm de espesor. Paredes interiores y tabiques: de carga 120 mm, ordinarios - 80 mm. El suelo y, en consecuencia, el techo están hechos de losas de hormigón de clase B15, de 200 mm de espesor.

La distribución de este apartamento permite crear una única rama de calefacción que pasa por la cocina, el dormitorio y el salón, lo que garantizará una temperatura media de 20-22⁰C en las habitaciones (+)

¿Qué pasa con el medio ambiente? El departamento está ubicado en una casa ubicada en medio de un microdistrito de un pequeño pueblo. La ciudad está situada en una determinada llanura, la altitud sobre el nivel del mar es de 130-150 m, el clima es continental templado con inviernos frescos y veranos bastante cálidos.

La temperatura media anual es de +7,6°C. La temperatura media en enero es de -6,6°C, en julio de +18,7°C. Viento - 3,5 m/s, humedad media del aire - 74%, precipitación 569 mm.

Al analizar las condiciones climáticas de la región, cabe señalar que estamos ante una amplia gama de temperaturas, lo que a su vez incide en la necesidad especial de ajustar el sistema de calefacción de un apartamento.

Energía del generador de calor

Uno de los componentes principales del sistema de calefacción es la caldera: eléctrica, de gas, combinada, no importa en esta etapa. Porque para nosotros es importante su característica principal: la potencia, es decir, la cantidad de energía por unidad de tiempo que se gastará en calefacción.

La potencia de la caldera está determinada por la siguiente fórmula:

Wcaldera = (Habitación*Wcompartir) / 10,

Dónde:

• lugar - la suma de las áreas de todas las habitaciones que requieren calefacción;
• Wdel — potencia específica teniendo en cuenta las condiciones climáticas del lugar (por eso era necesario conocer el clima de la región).

Normalmente, para diferentes zonas climáticas tenemos los siguientes datos:

• regiones del norte — 1,5 — 2kW/m²;
• zona central — 1 — 1,5kW/m²;
• regiones del sur — 0,6 — 1kW/m².

Estas cifras son bastante arbitrarias, pero aún así proporcionan una respuesta numérica clara sobre la influencia del medio ambiente en el sistema de calefacción de un apartamento.

Este mapa muestra zonas climáticas con diferentes regímenes de temperatura. La ubicación de la vivienda con respecto a la zona determina cuánta energía se debe gastar en calentar un metro cuadrado de kWatt de energía (+)

La cantidad de área del apartamento que necesita calentarse es igual al área total del apartamento y es igual, es decir, 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (menos el balcón). La potencia específica de la caldera para la región central con inviernos fríos es de 1,4 kW/m2. Así, en nuestro ejemplo, la potencia calculada de la caldera de calefacción equivale a 8,08 kW.

Parámetros dinámicos del refrigerante.

Pasamos a la siguiente etapa de cálculos: el análisis del consumo de refrigerante. En la mayoría de los casos, el sistema de calefacción de un apartamento se diferencia de otros sistemas; esto se debe a la cantidad de paneles calefactores y a la longitud de la tubería. La presión se utiliza como una "fuerza impulsora" adicional para el flujo vertical a través del sistema.

En edificios privados de uno o varios pisos, edificios de apartamentos antiguos con paneles, se utilizan sistemas de calefacción de alta presión, lo que permite transportar la sustancia liberadora de calor a todas las secciones del sistema de calefacción ramificado de múltiples anillos y elevar el agua a toda la altura (hasta el piso 14) del edificio.

Por el contrario, un apartamento normal de 2 o 3 habitaciones con calefacción autónoma no tiene tanta variedad de anillos y ramas del sistema, no incluye más de tres circuitos.

Esto significa que el refrigerante se transporta mediante el proceso natural del flujo de agua. Pero también puedes usar bombas de circulación, la calefacción es proporcionada por una caldera de gas/eléctrica.

Recomendamos utilizar una bomba de circulación para calentar habitaciones de más de 100 m.². La bomba se puede instalar antes o después de la caldera, pero generalmente se instala en el lado de "retorno": menor temperatura del fluido, menos aireación, mayor vida útil de la bomba.

Los especialistas en el campo del diseño e instalación de sistemas de calefacción definen dos enfoques principales en términos de calcular el volumen de refrigerante:

1. Según la capacidad real del sistema. Sin excepción, se suman todos los volúmenes de cavidades por donde fluirá el flujo de agua caliente: la suma de tramos individuales de tuberías, tramos de radiadores, etc. Pero esta es una opción bastante laboriosa.
2. Según potencia de la caldera. Aquí las opiniones de los expertos difieren mucho, algunos dicen 10, otros 15 litros por unidad de potencia de caldera.

Desde un punto de vista pragmático, hay que tener en cuenta el hecho de que probablemente el sistema de calefacción no sólo suministrará agua caliente a la habitación, sino que también calentará agua para la bañera/ducha, el lavabo, el fregadero y la secadora, y tal vez para un hidromasaje o jacuzzi. Esta opción es más sencilla.

Por tanto, en este caso recomendamos fijar 13,5 litros por unidad de potencia. Multiplicando este número por la potencia de la caldera (8,08 kW), obtenemos el volumen estimado de masa de agua: 109,08 litros.

La velocidad calculada del refrigerante en el sistema es precisamente el parámetro que permite seleccionar un determinado diámetro de tubería para el sistema de calefacción.

Se calcula mediante la siguiente fórmula:

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

Dónde:

• W. — potencia de la caldera;
• t — temperatura del agua suministrada;
• a — temperatura del agua en el circuito de retorno;
• k — eficiencia de la caldera (0,95 para una caldera de gas).

Sustituyendo los datos calculados en la fórmula, tenemos: (0,86 * 8080 * 0,95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h.Así, en una hora, 330 litros de refrigerante (agua) circulan por el sistema y la capacidad del sistema es de unos 110 litros.

Determinación del diámetro de la tubería.

Para determinar finalmente el diámetro y el grosor de las tuberías de calefacción, queda por discutir la cuestión de la pérdida de calor.

La cantidad máxima de calor sale de la habitación a través de las paredes - hasta un 40%, a través de las ventanas - un 15%, del suelo - un 10%, todo lo demás a través del techo/tejado. El apartamento se caracteriza por pérdidas principalmente por ventanas y módulos de balcón.

Existen varios tipos de pérdida de calor en habitaciones con calefacción:

1. Pérdida de presión de flujo de tubería. Este parámetro es directamente proporcional al producto de la pérdida por fricción específica dentro de la tubería (proporcionada por el fabricante) y la longitud total de la tubería. Pero dada la tarea actual, esas pérdidas pueden ignorarse.
2. Pérdida de presión en resistencias locales de tuberías. — costes de calor en las griferías y en el equipamiento interior. Pero dadas las condiciones del problema, un pequeño número de curvas de accesorios y el número de radiadores, tales pérdidas pueden despreciarse.
3. Pérdida de calor según la ubicación del apartamento.. Existe otro tipo de coste térmico, pero está más relacionado con la ubicación de la habitación en relación con el resto del edificio. Para un apartamento normal, que está situado en el centro de la casa y está adyacente a otros apartamentos en la izquierda/derecha/arriba/abajo, las pérdidas de calor a través de las paredes laterales, el techo y el suelo son casi iguales a “0”.

Solo se pueden tener en cuenta las pérdidas a través de la parte frontal del apartamento: el balcón y la ventana central de la sala común. Pero este problema se puede resolver agregando 2-3 secciones a cada uno de los radiadores.

El diámetro de la tubería se selecciona de acuerdo con el caudal del refrigerante y la velocidad de su circulación en la tubería de calefacción.

Al analizar la información anterior, vale la pena señalar que para la velocidad calculada del agua caliente en el sistema de calefacción, se sabe que la velocidad tabular de movimiento de las partículas de agua con respecto a la pared de la tubería en posición horizontal es de 0,3 a 0,7 m/s.

Para ayudar al maestro, presentamos la llamada lista de verificación para realizar cálculos para un cálculo hidráulico típico de un sistema de calefacción:

• recopilación de datos y cálculo de potencia de calderas;
• volumen y velocidad del refrigerante;
• Pérdida de calor y diámetro de la tubería.

A veces, al realizar cálculos, se puede obtener un diámetro de tubería lo suficientemente grande como para cubrir el volumen calculado de refrigerante. Este problema se puede solucionar aumentando la cilindrada de la caldera o añadiendo un tanque de expansión adicional.

En nuestro sitio web hay un bloque de artículos dedicados al cálculo de un sistema de calefacción, le recomendamos leer:

1. Cálculo térmico de un sistema de calefacción: cómo calcular correctamente la carga del sistema
2. Cálculo de calentamiento de agua: fórmulas, reglas, ejemplos de implementación.
3. Cálculo de ingeniería térmica de un edificio: detalles y fórmulas para realizar cálculos + ejemplos prácticos

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

Características, ventajas y desventajas de los sistemas de circulación natural y forzada de refrigerante para sistemas de calefacción:

Resumiendo los cálculos hidráulicos, el resultado fueron las características físicas específicas del futuro sistema de calefacción.

Naturalmente, este es un esquema de cálculo simplificado que proporciona datos aproximados sobre los cálculos hidráulicos para el sistema de calefacción de un apartamento típico de dos habitaciones.

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