Расчет объема воды в системе отопления: — Твердотопливные котлы Попова от компании Железное Дело

Расчет объёма расширительного бака онлайн. Рассчитать давление в расширительном баке.

Расчет мембранных расширительных баков Reflex

Объем системы отопления вычислить достаточно сложно, поэтому приблизительный расчет можно получить, зная мощность системы отопления, использовав формулу — 1 кВт = 15 л. Например: отопительная мощность для дома 44 кВт, тогда суммарный объем (емкость) системы отопления VL = 15 х 44 = 660 л. Расширение жидкости — 4 % приблизительно, для водяных систем отопления с максимальной температурой до 95°С Если в системе в качестве теплоносителя используется этиленгликоль, то приблизительный расчет коэффициента расширения можно произвести по следующей формуле: 10% — 4% х 1,1 = 4,4% 20% — 4% х 1,2 = 4,8% и т.д. эффективность мембранного расширительного бака D = (PV — PS) / (PV + 1), где РV — максимальное рабочее давление системы отопления (расчетное давление предохранительного клапана равно максимальному рабочему давлению), для коттеджей обычно достаточно 2,5 бар PS — давление зарядки мембранного расширительного бака (должно быть равно статическому давлению системы отопления; (0,5 бар = 5 метров)

Отапливаемая площадь дома составляет 400 м², высота системы 5м, необходимая отопительная мощность 44 кВт, тогда объем необходимого расширительного бака составит:
VL	= 44 x 15 = 660 л.
PV	= 2,5 бар; PS = 0,5 бар
D	= (2,5 — 0,5) / (2,5 + 1) = 0,57
V	= 660 x 0,04 / 0,57 = 46,2
Выбор: расширительный бак 50 литров Reflex NG 50, давление зарядки 0,5 бар

Расширительные баки для отопления — рассчёт объёма воды при нагревании

• Техподдержка
• Статьи
• Архив
• Расчет расширительного бака для отопления

Как известно, подавляющее большинство веществ в природе обладает свойством расширяться с повышением температуры. Соответствующей характеристикой служит коэффициент теплового расширения, отображающий изменение объема среды либо линейных размеров тела при нагреве на 1 °С в условиях постоянного давления (в первом случае говорят о коэффициенте теплового объемного, во втором – линейного расширения).

Рис. 1. Зависимость объема воды от температуры

Коэффициент температурного расширения воды

С увеличением температуры коэффициент объемного теплового расширения воды изменяется неравномерно (рис. 1): в диапазоне от 0 до 4 °С объем воды и вовсе уменьшается (эта особенность играет важную роль в природных водоемах), при дальнейшем нагреве значение коэффициента меняется так, как показано в табл. 1.

Таблица 1

Вот, что это означает на практике. Примерный объем воды в системе отопления индивидуального дома тепловой мощностью 30 кВт составляет 450 л (в ориентировочных расчетах допускается принять 15 л/кВт). В табл. 2 приведены расчеты, показывающие, что при нагреве с 5 до 80 °C увеличение этого объема составит порядка 13 л.

Таблица 2

Чтобы принять дополнительный объем жидкости, образующийся при ее нагревании, систему отопления оснащают расширительным баком (экспанзоматом). Раньше в этом качестве широко использовались открытые (с доступом атмосферного воздуха) резервуары, размещаемые в верхней точке системы – как правило, на чердаке дома. Такое решение, хотя применяется и сегодня, не соответствует современным требованиям к элементам отопительных систем, и предпочтение отдано мембранному расширительному баку: его можно устанавливать в любом месте дома (в том числе – непосредственно в котельной), в нем не происходит попадания кислорода в теплоноситель (т.е. исключается основной фактор коррозии оборудования), а рабочая жидкость не теряется из-за испарения.

Если в открытой системе отопления тепловое расширение воды приводит к увеличению ее объема с перемещением образующегося «излишка» в расширительный бак, то в замкнутом трубопроводе результатом окажется повышение давления.

Значение Δp прямо пропорционально коэффициенту теплового расширения и обратно пропорциональна коэффициенту объемного сжатия воды (зависит от давления, в диапазоне 1–25 бар – 49,51∙10^-11 Па, в гидравлических расчетах принимают равным 4,9 ∙10^-10 Па):

Δp = β_t • Δt / β_v, Па.

Представленные в табл. 3 результаты расчетов показывают, каким значительным является увеличение давления при нагреве воды на 75 °C в замкнутом трубопроводе – в разы выше давления разрушения полнобиметаллического радиатора, не говоря уже о других элементах отопительной системы. Поправка на деформацию труб и оборудования уменьшит это значение, но не изменит ситуации кардинально.

Таблица 3

Конструкция расширительных баков

Помимо обязательности расширительного бака, полученные цифры показывают важность его правильного подбора (при недостаточном объеме неизбежно разрушение мембраны), а также необходимость компенсации теплового расширения воды в замкнутом трубопроводе даже при относительно небольшом перепаде температур. Например, аварийная ситуация может возникнуть в системе холодного водоснабжения квартиры при самопроизвольном нагреве поступившей воды до комнатной температуры и закрытом кране на вводе.

Существуют две основные конструкции мембранных расширительных баков. Наиболее простая – с диафрагменной (лепестковой) мембраной, наглухо зафиксированной в месте соединения полукорпусов. Такие модели имеют меньшую стоимость и применяются достаточно широко, однако обладают недостатками, основные из которых – контакт теплоносителя с материалом корпуса и невозможность ремонта при повреждении мембраны. Баки второго типа оборудуется сменной мембраной – баллонной либо сферической, помещаемой в корпус через горловину с фланцем (рис. 2). Они ремонтопригодны, исключают коррозию металлических стенок от соприкосновения с рабочей средой, характеризуются более полным заполнением внутреннего пространства корпуса (полезный объем), чем экспанзоматы с диафрагменной мембраной.

Pис. 2. Конструкция расширительных баков со сменной мембранойVRV

Принцип работы у мембранных баков обоих типов одинаковый: внутренний объем резервуара разделен эластичной перегородкой на две полости – воздушную и водяную. При нагреве жидкости в системе и увеличении ее объема происходит заполнение водяной полости с растяжением мембраны и сжатием газа (воздуха или азота) в пространстве между ней и корпусом. При остывании теплоносителя имеют место обратные процессы – сжатие жидкости и мембраны, расширение газа.

Давление воздушной подушки настраивается таким образом, чтобы при неработающей системе отопления статическое давление теплоносителя в ней было компенсировано, и мембрана находилась в равновесном состоянии (подробнее читайте в статье о расчете и размещении мембранного бака). Обычно в продажу мембранные расширительные баки поступают с предварительно настроенным давлением в 1,5 бара. Для возможности регулирования и поддержания предварительного давления мембранный бак оснащают ниппелем.

Материалами для изготовления мембран в настоящее время служат различные эластомеры – натуральная каучуковая (используется при изготовлении баков для холодного водоснабжения) и синтетическая резина – бутиловая, стирол-бутадиеновая (SBR), нитрил-бутадиеновая (NBR), а также этилен-пропилен-диен-мономер (EPDM), хорошо зарекомендовавший себя в инженерных системах различного назначения. Мембраны из EPDM эластичны, термостойки, гигиеничны и долговечны (ресурс оценивается в 100 тыс. циклов динамического нагружения), поэтому широко применяются в баках для отопления и водоснабжения, включая питьевое. В нормально работающих системах отопления мембраны экспанзоматов не подвержены резким динамическим воздействиям (изменение объема теплоносителя происходит достаточно плавно), поэтому основными требования к ним являются термическая стойкость и долговечность. EPDM как нельзя лучше отвечает этим критериям.

Производство мембран расширительных баков нормируются европейским стандартом DIN 4807-3 «Расширительные емкости, мембраны из эластомеров для расширительных баков. Технические требования и испытания» (Expansion vessels; elastomer membranes; requirements and testing).

На рис. 3 показаны сменные мембраны из EPDM. Их крепление к фланцу бака осуществляется с помощью контрфланца с приваренным присоединительным штуцером и дырчатым рассекателем струи по центру. В случае порыва мембраны (если такое все же произошло) ее несложно извлечь, чтобы заменить на новую или отремонтировать (повреждение можно заклеить самостоятельно или обратиться в ближайший шиномонтаж для вулканизации).

Рис. 3. Сменные EPDM-мембраны для расширительных баков

Корпус мембранного расширительного бака, как правило, изготавливают из пластичной углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки с последующей покраской эпоксидной эмалью. Внутреннюю поверхность экспанзоматов со сменной мембраной обычно не окрашивают, и чтобы исключить риск ее коррозии при выпадении конденсата, в воздушную полость на заводе закачивают химически нейтральный азот.

Как правило, вертикальные баки емкостью от 50 л оборудуют опорами-ножками для напольной установки. Модели меньшего объема (обычно – до 35 л включительно) подвешивают непосредственно на трубопровод или крепят к стене с помощью специальных кронштейнов (консолей).

В табл. 4 приведены характеристики мембранных расширительных баков VALTEC VRV.

Таблица 4. Технические характеристики расширительных баков VALTEC

Удобный монтаж экспанзоматов в системах мощностью до 44 кВт обеспечивает группа безопасности расширительного бака VT. 495 (рис. 4), представляющая собой полую стальную оцинкованную консоль с фланцем для крепления к стене и предустановленным комплектом сантехнических устройств из предохранительного клапана, автоматического воздухоотводчика и манометра. Имеются также два резьбовых патрубка – для подключения группы к системе и подсоединения расширительного бака. Габариты консольной группы безопасности позволяют подвешивать непосредственно к ней расширительные баки размером до 50 л включительно.

Рис. 4. Группа безопасности расширительного бака VT.495

Важным и полезным аксессуаром для расширительных баков систем отопления и ГВС является также разъемный сгон-отсекатель VT.538, позволяющий отсоединять мембранные баки от трубопровода без его опорожнения.

Уважаемые читатели! С момента публикации этой статьи в ассортименте нашей компании, практике применения оборудования, нормативных документах могли произойти изменения. Предлагаемая вам информация полезна, однако носит исключительно ознакомительный характер.

Распечатать статью:
Расчет расширительного бака для отопления

© Правообладатель ООО «Веста Регионы», 2010

Все авторские права защищены. При копировании статьи ссылка на правообладателя
и/или на сайт www.valtec.ru обязательна.

Расчеты объема существующей гидросистемы

Во время недавнего посещения гидравлической системы школы K-12 меня спросили, есть ли способ определить общий объем системы. Моим языком и щекой в ​​ответ я посоветовал им взять рулетку и начать измерять. Как только шокированные взгляды рассеялись, я предложил другой, более простой способ оценить объем системы в существующей системе водяного отопления.

Зачем вам нужно рассчитывать объем существующей системы?

Помимо того, что это возможный вопрос на экзамене по программе магистратуры по программе HVAC, зачем вообще вычислять объем существующей системы? Причин может быть много, но меня часто спрашивают о трех причинах.

Первый — это добавление или изменение существующей гидравлической системы путем расширения. Если я добавлю в систему 300 галлонов, нужно ли мне менять расширительный бак, добавлять новый или просто использовать существующий бак?

Вторая причина – добавление в систему гликоля. Предположим на мгновение, что инженера вызвали для решения проблем с зависанием. Она считает, что проблема в старом оборудовании и проблемах с техническим обслуживанием, но у владельца нет капитала для крупного расширения. Окна изменились, а здание стало более герметичным, и инженер уверен, что котлы справятся со снижением мощности из-за добавления гликоля. Теперь вопрос в том, сколько гликоля нам нужно? Ответ зависит от объема системы.

Третья причина, по которой меня вызвали, связана с холодным давлением заполнения. Произошло небольшое дополнение к системе. Катушка была добавлена ​​​​двумя этажами выше в системе. Когда этот простой змеевик и трубопровод были добавлены, объем увеличился только на 80 галлонов. Не так много изменений. Давление наполнения увеличится с 28 фунтов на кв. дюйм до 37 фунтов на кв. дюйм. Котлы первого этажа имели предохранительные клапаны на 75 фунтов на квадратный дюйм. Система была небольшой и имела расширительный бак Bell & Gossett D-280. Как это изменится?

Существующий расширительный бак используется для расчета объема

Расширительный бак закрытой водяной системы отопления имеет одно основное назначение. Целью расширительного бака является поддержание приемлемого давления в системе при нагреве воды от температуры заполнения (40°F до 60°F) до расчетной средней температуры системы отопления. Расширительный бак идеального размера запустится при минимальном давлении при комнатной температуре в системе. По мере прогрева системы давление будет повышаться. Когда мы достигнем максимальной температуры в системе, давление будет оставаться чуть ниже максимального давления в котлах в зависимости от размера предохранительного клапана.

Мы можем использовать эту физику, чтобы определить приблизительный объем системы.

Пример определения размеров расширительного бака

Пример поможет прояснить идею. На недавнем графике показан расширительный бак Bell and Gossett модели D200V. График показал объем системы при 1500 галлонах воды с начальной температурой 40 и максимальной температурой 180. Давление наполнения в резервуаре было показано как 12 фунтов на квадратный дюйм при максимальном давлении 28 фунтов на квадратный дюйм. Ниже приведены результаты программы Bell & Gossett esp-Systemwize.

Одноэтажная система с магистралью диаметром 3 дюйма и объемом 1500 галлонов, по-видимому, содержала значительный запас прочности. Это неудивительно. За более чем 40 лет разработки и продаж в этой отрасли я столкнулся с 9 системами с расширительными баками меньшего размера. Мы используем большое количество факторов безопасности.

Нам нужно убедиться, что в расширительном бачке правильное начальное давление или давление наполнения. Если мы охладим систему, чтобы средняя температура была очень низкой, мы сможем увидеть, куда уходит давление при более высокой средней температуре, и «обратно спроектировать» размер, чтобы найти объем.

В нашем примере давление наполнения в баке было подтверждено как правильное на уровне 12 фунтов на кв. Начальное давление составляет 12 фунтов на квадратный дюйм.

Мы начали с того, что перевели органы управления в положение полного нагрева. Теперь отключите котлы, пока работают насосы. Следите за падением температуры в системе. В нашем примере температура подачи падает до 110°, а температура обратки возвращается к 90°. Средняя температура системы составляет (от 110° до 90° среднее значение равно 100°).

Теперь держим регуляторы в положении полного нагрева и топим котел. Дайте системе нагреться и проверьте термометры. Когда мы добираемся до 170°, например, температура обратки составляет 140° при средней температуре 155°.

В этот момент давление в расширительном баке достигает 16 фунтов на кв. дюйм изб. Каков объем? Заходим в программу esp-Systemwize и вводим известные значения.

• Давление наполнения 12 PSIG.
• Максимальное давление 16 PSIG.
• Начальная температура системы 100°F.
• Конечная температура системы 155°F.

Резервуар

• представляет собой Bell & Gossett D200 с объемом резервуара 115 галлонов и приемным объемом 93 галлона.

Отрегулируйте объем системы и продолжайте вводить до тех пор, пока размер резервуара не приблизится к существующим объемам резервуара. После многих итераций я нашел следующее:

Объем системы около 1100 галлонов. Инженер может применить некоторые коэффициенты безопасности и использовать этот объем. Обратите внимание, что важно получить как можно более точные значения давления и температуры. Замена небольших манометров с большим диапазоном на более крупный манометр с малым диапазоном, например, 0-30 фунтов на квадратный дюйм, может помочь. Фактически, поскольку изначально максимальное давление составляло 28 фунтов на квадратный дюйм, манометр 0-30 фунтов на квадратный дюйм или 0-60 фунтов на квадратный дюйм изб. был бы отличным выбором во время строительства.

Несколько замечаний:

• Убедитесь, что давление наполнения соответствует системе. Посетите страницу Давление наполнения в холодном состоянии – Расширительные и компрессионные баки – Часть 4.
• Отрегулируйте показания давления в зависимости от расположения манометра. Для получения дополнительной информации посетите График обслуживания воздушной стороны расширительного бака.
• Многие инженеры выбирают расширительные баки по расчетной температуре подачи, а не по средней температуре системы. Это дает дополнительный фактор безопасности. Посетите раздел Формулы для расширительных и компрессионных баков – часть 2 , чтобы узнать больше об этой теме.
• Если вы хотите убедиться в правильности запланированного максимального давления или в том, есть ли дополнительное место в этом числе, см. Максимальное давление в расширительном и компрессионном баках — часть 5 и Максимальное давление в расширительном и компрессионном баках (продолжение) — часть 6.

Нужна помощь с этим?

Мне только что пришла в голову интересная мысль. Я часто получаю комментарии и вопросы со всей страны и даже из других стран, кроме США и Канады. Представители Bell & Gossett по всей стране регулярно обсуждают эти блоги.

Эксклюзивными представителями Bell & Gossett в каждом штате или территории являются хорошо обученные группы инженеров в области гидравлики, пара и сантехники. Они понимают этот материал внутри и снаружи. Это отличается от большинства дистрибьюторов и оптовиков, которые могут разбираться в продуктах и ​​ассортименте, но имеют меньший опыт проектирования и устранения неполадок.

Если вам нужна помощь, обратитесь к этим представителям. Если вы не знаете, к кому обратиться, посетите представителей нашего производителя | Xylem США за помощь, я знаю, вы будете дорожить.

Как рассчитать правильный расход для любой гидравлической системы

Написано: 11 ноября 2019 г. Джорджем Кэри

В сфере водяного отопления и охлаждения регулярно используются определенные формулы. Важный из них касается системы, которая использует воду в качестве средства обеспечения комфорта в GPM (галлонах в минуту). Вода – это способ, которым тепло распределяется от котельной туда, где находятся люди.
Количество воды определяет скорость потока и GPM. Точная оценка тепловых потерь в здании очень важна для установления расчетных условий нагрузки. Как только нагрузка установлена, мы можем рассчитать необходимый расход. 9t°F

Формула указывает температуру воды 60°F. Однако, поскольку вода с температурой 60 °F слишком холодная для системы водяного отопления и слишком теплая для системы водяного охлаждения, для расчета правильного расхода формула должна основываться на более подходящей температуре воды для каждого типа системы, например удельная теплоемкость воды или изменения плотности, происходящие при изменении температуры воды. Кроме того, объем воды меняется, когда она нагревается или остывает. Как видно из следующего примера, различия настолько минимальны, что стандартная формула прекрасно работает для всех наших систем отопления и охлаждения. 9Тогда T будет:

8,04 х 60 х 1,003 х 20 = 9677 БТЕ/ч

Чистый эффект незначителен, но есть еще один фактор, который необходимо учитывать для полной оценки. С повышением температуры воды она становится менее вязкой, и, следовательно, перепад ее давления уменьшается. Когда вода циркулирует при температуре 200°F, соответствующий перепад давления или «потеря напора» составляет около 80% воды при температуре 60°F для типичных небольших гидравлических систем. При расчете с использованием системной кривой расход увеличивается примерно на 10,5%. Теперь вы можете умножить новую теплопередачу, только что рассчитанную, на процент увеличения расхода:

1,105 х 9677 = 10 693 БТЕ/ч

Как вы можете видеть, что касается теплопередачи, простой подход «круглых чисел» приведет к расчетным расходам, очень близким к потокам «с поправкой на температуру», при условии, что результаты подхода «круглых чисел» не скорректированы из оригинальное основание 60°F как для передачи тепла, так и для перепада давления в трубопроводе. Положительные и отрицательные факторы очень тесно компенсируют друг друга.

В этой статье представлена ​​точная формула для расчета
скорость потока в галлонах в минуту (GPM) для водяных систем отопления
и систем охлаждения.

Правильный выбор циркуляционного насоса 900 91 GPM играет важную роль в обеспечении того, чтобы ваша система отопления работала должным образом. Вам нужен циркуляционный насос подходящего размера, чтобы иметь возможность перемещать тепло от котла и доставлять его в систему, где находятся люди. При выборе правильного циркуляционного насоса вам необходимо знать не только правильный GPM, но и требуемый перепад давления для циркуляции необходимого GPM.
По мере того, как вода течет по трубам и излучению, она «трется» о стенки трубы, вызывая сопротивление трения. Это сопротивление может повлиять на производительность системы отопления, уменьшив требуемый расход от циркуляции, тем самым уменьшив теплопроизводительность системы. Зная, каким будет это сопротивление, можно выбрать циркуляционный насос, способный преодолеть перепад давления в системе.
Как правило, в современных системах мы используем термин «футы на голову» для описания количества энергии, необходимого для того, чтобы требуемый GPM доставлялся в систему. Существуют таблицы размеров труб, в которых рассчитано падение давления в футах потери энергии для любого расхода через трубу любого размера. Существуют стандартные методы трубопроводов, в которых промышленность ссылается на ограничение количества галлонов в минуту для данного размера трубы. Это обусловлено двумя причинами:
1. Вопросы скорости (насколько быстро вода движется внутри трубы), которые могут создавать проблемы с шумом, а в экстремальных условиях — проблемы с эрозией.
2. Требуемая потеря напора может стать настолько чрезмерной, что требуемая мощность НАПОРНОГО циркулятора делает выбор системы очень «недружественным», что может привести к проблемам с регулирующим клапаном и шумом скорости.