Obliczanie jednorurowego systemu grzewczego: co uwzględnić przy obliczeniach + praktyczny przykład

Jednorurowy system grzewczy – jedno z rozwiązań rozprowadzania rur wewnątrz budynków z podłączeniem urządzeń grzewczych. Taki schemat wydaje się najprostszy i najskuteczniejszy. Budowa odgałęzienia grzewczego według wariantu „jedną rurą” kosztuje właścicieli domów taniej niż inne sposoby.

Aby zapewnić działanie schematu, należy wykonać wstępne obliczenia jednorurowego systemu grzewczego – pozwoli to utrzymać pożądaną temperaturę w domu i zapobiec spadkowi ciśnienia w sieci. Z tym zadaniem można sobie poradzić samodzielnie. Czy wątpi Pan/Pani we własne siły?

Opowiemy Panu/Pani, jakie są cechy konstrukcyjne jednorurowego systemu, przedstawimy przykłady schematów roboczych, wyjaśnimy, jakie obliczenia koniecznie należy wykonać na etapie planowania obwodu grzewczego.

Budowa jednorurowego schematu grzewczego

Stabilność hydrauliczna systemu jest tradycyjnie zapewniana przez optymalny dobór średnicy nominalnej rurociągów (Dnom). Stabilny schemat można zrealizować poprzez dobór średnic, bez wstępnego ustawiania systemów grzewczych z termoregulatorami, w prosty sposób.

Właśnie do takich systemów grzewczych bezpośrednie zastosowanie ma jednorurowy schemat z pionowym/poziomym montażem grzejników i przy całkowitym braku zaworów odcinająco-regulacyjnych na pionach (odgałęzieniach do urządzeń).

Przykład poglądowy instalacji elementu grzejnego w schemacie zorganizowanym według zasady cyrkulacji jedną rurą. W tym przypadku stosowane są rury metalowo-plastikowe z metalowymi łącznikami.

Metodą zmiany średnic rur w jednorurowym pierścieniowym schemacie grzewczym można dość dokładnie zrównoważyć występujące straty ciśnienia. Zarządzanie przepływami czynnika grzewczego wewnątrz każdego oddzielnego urządzenia grzewczego zapewnia instalacja termoregulatora.

Zazwyczaj w ramach procesu projektowania systemu grzewczego według schematu jednorurowego na pierwszym etapie buduje się węzły przyłączeniowe grzejników. Na drugim etapie wykonuje się dopasowanie pierścieni cyrkulacyjnych.

Klasyczne rozwiązanie schematowe, w którym do przepływu czynnika grzewczego i rozprowadzania wody do grzejników używana jest jedna rura. Ten schemat należy do najprostszych wariantów (+).

Projektowanie węzła obejścia dla pojedynczego urządzenia wymaga określenia strat ciśnienia na węźle. Obliczenia wykonuje się z uwzględnieniem równomiernego rozkładu przepływu czynnika grzewczego przez termoregulator względem punktów podłączenia na tym odcinku schematu.

W ramach tej samej operacji wykonuje się obliczenia współczynnika przepływu oraz określenie zakresu parametrów rozkładu przepływów na odcinku zamykającym. Na podstawie obliczonego zakresu gałęzi buduje się pierścień cyrkulacyjny.

Dopasowanie pierścieni cyrkulacyjnych

Aby jakościowo wykonać uzgodnienie pierścieni cyrkulacyjnych w schemacie jednorurowym, wstępnie wykonuje się obliczenia możliwych strat ciśnienia (∆Ro). Przy tym nie uwzględnia się strat ciśnienia na zaworze regulacyjnym (∆Rk).

Następnie na podstawie wartości przepływu czynnika grzewczego na końcowym odcinku pierścienia cyrkulacyjnego oraz wartości ∆Rk (wykres w dokumentacji technicznej urządzenia) określa się wartość nastawy zaworu regulacyjnego.

Ten sam wskaźnik można określić za pomocą wzoru:

Kv=0,316G / √∆Rk,

gdzie:

• Kv – wartość nastawy;
• G – przepływ czynnika grzewczego;
• ∆Rk – straty ciśnienia na zaworze regulacyjnym.

Podobne obliczenia wykonuje się dla każdego pojedynczego zaworu regulacyjnego w systemie jednorurowym.

Jednak zakres strat ciśnienia na każdym RW oblicza się według wzoru:

∆Rko=∆Ro + ∆Rk – ∆Rn,

gdzie:

• ∆Ro – możliwe straty ciśnienia;
• ∆Rk – straty ciśnienia na RW;
• ∆Rn – straty ciśnienia na odcinku n-tego pierścienia cyrkulacyjnego (bez uwzględnienia strat w RW).

Jeżeli w wyniku obliczeń nie uzyskano wymaganych wartości dla całego jednorurowego systemu grzewczego, zaleca się zastosowanie wariantu systemu jednorurowego z automatycznymi regulatorami przepływu.

Automatyczny regulator przepływu zainstalowany na linii powrotnej czynnika grzewczego. Urządzenie reguluje całkowity przepływ czynnika grzewczego dla całego schematu jednorurowego.

Takie urządzenia, jak regulatory automatyczne, montuje się na końcowych odcinkach schematu (węzły połączeń na pionach, odgałęzienia odprowadzające) w punktach podłączenia do linii powrotnej.

Jeśli technicznie zmienić konfigurację regulatora automatycznego (zamienić miejscami kran spustowy i zaślepkę), montaż urządzeń jest możliwy również na liniach zasilania czynnika grzewczego.

Za pomocą automatycznych regulatorów przepływu przeprowadza się uzgodnienie pierścieni cyrkulacyjnych. Przy tym określa się straty ciśnienia ∆Rs na końcowych odcinkach (piony, gałęzie przyrządowe).

Pozostałe straty ciśnienia w granicach pierścienia cyrkulacyjnego rozdziela się pomiędzy wspólne odcinki rurociągów (∆Rmr) a wspólny regulator przepływu (∆Rr).

Wartość nastawy tymczasowej regulatora głównego wybiera się na podstawie wykresów przedstawionych w dokumentacji technicznej, z uwzględnieniem ∆Rmr odcinków końcowych.

Oblicza się straty ciśnienia na odcinkach końcowych według wzoru:

∆Rs=∆Rpp – ∆Rmr – ∆Rr,

gdzie:

• ∆Rr – wartość obliczeniowa;
• ∆Rpp – zadany spadek ciśnienia;
• ∆Rmr – straty Rrab na odcinkach rurociągów;
• ∆Rr – straty Rrab na wspólnym RW.

Ustawienie automatycznego regulatora głównego pierścienia cyrkulacyjnego (pod warunkiem, że początkowo nie ustawiono różnicy ciśnień) wykonuje się z uwzględnieniem ustawienia minimalnej możliwej wartości z zakresu ustawień w dokumentacji technicznej urządzenia.

Jakość sterowania przepływami przez automatykę regulatora ogólnego kontroluje się na podstawie różnicy strat ciśnienia na każdym regulatorze pionu lub gałęzi przyrządowej.

Zastosowanie i uzasadnienie ekonomiczne

Brak wymagań dotyczących temperatury schłodzonego czynnika grzewczego jest punktem wyjścia do projektowania jednotorowych systemów grzewczych z termoregulatorami, instalując TR na przewodach zasilających grzejniki. Jednocześnie obowiązkowe jest wyposażenie węzła cieplnego w automatyczną regulację.

Termoregulator zainstalowany na linii dostarczającej czynnik grzewczy do grzejnika. Do montażu użyto metalowych złączek, które są wygodne przy pracy z rurami z polipropylenu.

Rozwiązania schematów, w których brakuje urządzeń termoregulacyjnych na liniach zasilających grzejników, są również stosowane w praktyce. Jednak zastosowanie takich schematów wynika z nieco innych priorytetów zapewnienia mikroklimatu.

Zazwyczaj schematy jednorurowe, w których nie ma automatycznej regulacji, stosuje się dla grup pomieszczeń zaprojektowanych z uwzględnieniem kompensacji strat ciepła (50% i więcej) za pomocą dodatkowych urządzeń: wentylacja nawiewna, klimatyzacja, ogrzewanie elektryczne.

Urządzenie systemów jednorurowych występuje również w projektach, w których normy dopuszczają temperaturę czynnika grzewczego przekraczającą wartość graniczną zakresu roboczego termoregulatora.

Projekty budynków wielorodzinnych, w których eksploatacja systemu grzewczego jest powiązana z pomiarem zużytego ciepła za pomocą liczników, są zazwyczaj realizowane według obwodowego schematu jednorurowego.

Obwodowy schemat jednorurowy – swoisty «klasyk gatunku», często stosowany w praktyce budownictwa komunalnego i prywatnego. Uważany jest za prosty i ekonomiczny dla różnych warunków (+)

Lokalizacja głównych pionów w różnych punktach konstrukcji podlega uzasadnieniu ekonomicznemu dla realizacji takiego schematu.

Głównymi kryteriami obliczeń są koszty dwóch głównych materiałów: rur grzewczych i złączek.

Zgodnie z praktycznymi przykładami realizacji peryferyjnego systemu jednorurowego, dwukrotne zwiększenie średnicy nominalnej (Dn) przewodów rurowych wiąże się ze wzrostem kosztów zakupu rur o 2–3 razy. Natomiast koszty złączek wzrastają nawet dziesięciokrotnie, w zależności od materiału, z którego są wykonane.

Baza obliczeniowa dla montażu

Montaż systemu jednorurowego, z punktu widzenia rozmieszczenia elementów roboczych, praktycznie nie różni się od instalacji tych samych systemów dwururowych. Piony główne z reguły umieszcza się poza pomieszczeniami mieszkalnymi.

Zgodnie z przepisami SNiP zaleca się prowadzenie pionów wewnątrz specjalnych szybów lub kanałów. Odgałęzienie mieszkaniowe tradycyjnie układa się wzdłuż obwodu.

Przykład rozmieszczenia rurociągów systemu grzewczego w specjalnie wyciętych bruzdach. Ten wariant instalacji jest często stosowany we współczesnym budownictwie.

Układanie rurociągów odbywa się na wysokości 70-100 mm od górnej krawędzi listwy przypodłogowej. Lub montaż wykonuje się pod ozdobną listwą o wysokości 100 mm i więcej oraz szerokości do 40 mm. Współczesna produkcja oferuje specjalistyczne nakładki do montażu instalacji sanitarnych lub elektrycznych.

Podłączenie grzejników wykonuje się według schematu «góra-dół» z doprowadzeniem rur z jednej strony lub z obu stron. Rozmieszczenie termostatów «po konkretnej stronie» nie jest krytyczne, ale jeśli montaż urządzenia grzewczego jest wykonywany obok drzwi balkonowych, instalację termostatu wykonuje się koniecznie po stronie bardziej oddalonej od drzwi.

Układanie rur za listwą przypodłogową wydaje się korzystne z dekoracyjnego punktu widzenia, ale przypomina o wadach, gdy chodzi o przechodzenie przez odcinki, w których znajdują się wewnętrzne otwory drzwiowe.

Rurociągi ułożone pod ozdobną listwą przypodłogową. Można powiedzieć, klasyczne rozwiązanie dla systemów jednorurowych stosowanych w nowych budynkach różnych klas.

Połączenie urządzeń grzewczych (grzejników) z pionami jednorurowymi wykonuje się według schematów dopuszczających niewielkie wydłużenie liniowe rur lub według schematów z kompensacją wydłużenia rur w wyniku różnic temperatur.

Trzeci wariant rozwiązań schematycznych, w którym przewiduje się użycie regulatora trójdrogowego, nie jest zalecany ze względów oszczędnościowych.

Jeśli konstrukcja systemu przewiduje układanie pionów ukrytych w bruzdach ścian, zaleca się stosowanie jako armatury łączącej kątowych termostatów typu RTD-G oraz zaworów odcinających podobnych do urządzeń z serii RLV.

Warianty podłączenia: 1,2 – dla systemów dopuszczających liniowe rozszerzanie rur; 3,4 – dla systemów przeznaczonych do korzystania z dodatkowych źródeł ciepła; 5,6 – rozwiązania z zaworami trójdrogowymi uważane są za nieopłacalne (+)

Średnica odgałęzienia rurowego do urządzeń grzewczych obliczana jest według wzoru:

D >= 0.7√V,

gdzie:

• 0,7 – współczynnik;
• V – objętość wewnętrzna grzejnika.

Odgałęzienie należy wykonać z pewnym nachyleniem (nie mniej niż 5%) w kierunku swobodnego wypływu czynnika grzewczego.

Wybór głównego pierścienia cyrkulacyjnego

Jeśli rozwiązanie projektowe zakłada urządzenie systemu ogrzewania opartego na kilku pierścieniach cyrkulacyjnych, konieczny jest wybór głównego pierścienia cyrkulacyjnego. Wybór teoretycznie (i praktycznie) powinien być dokonany na podstawie maksymalnej wartości przenikania ciepła najdalszego grzejnika.

Ten parametr w pewnym stopniu wpływa na ogólną ocenę obciążenia hydraulicznego przypadającego na pierścień cyrkulacyjny.

Pierścień cyrkulacyjny w postaci schematu strukturalnego. Dla różnych wariantów projektowania może być kilka takich pierścieni. Przy czym tylko jeden pierścień jest głównym (+).

Przenikanie ciepła odległego urządzenia oblicza się według wzoru:

Atp = Qw / Qop + ΣQop,

gdzie:

• Atp – obliczeniowe przenikanie ciepła odległego urządzenia;
• Qw – konieczne przenikanie ciepła odległego urządzenia;
• Qop – przenikanie ciepła od grzejników do pomieszczenia;
•  ΣQop – suma koniecznego przenikania ciepła wszystkich urządzeń systemu.

Przy tym parametr sumy koniecznego przenikania ciepła może składać się z sumy wartości urządzeń przeznaczonych do obsługi całego budynku lub tylko części budynku. Na przykład przy obliczaniu ciepła oddzielnie dla pomieszczeń objętych jednym pojedynczym pionem lub oddzielnie wziętych obszarów obsługiwanych przez gałąź urządzenia.

A ogólnie obliczeniowe przenikanie ciepła każdego innego grzejnika zainstalowanego w systemie oblicza się nieco innym wzorem:

Atp = Qop / Qpom,

gdzie:

• Qop – konieczna transmisja ciepła dla pojedynczego grzejnika;
• Qpom – zapotrzebowanie cieplne dla konkretnego pomieszczenia, w którym stosuje się schemat jednorurowy.

Najłatwiej zrozumieć obliczenia i zastosowanie uzyskanych wartości na konkretnym przykładzie.

Praktyczny przykład obliczenia

Dla budynku mieszkalnego wymagany jest system jednorurowy sterowany za pomocą termoregulatora.

Wartość nominalnej przepustowości urządzenia na maksymalnym zakresie ustawienia wynosi 0,6 m³/h/bar (k1). Maksymalna możliwa charakterystyka przepustowości dla tej wartości ustawienia wynosi 0,9 m³/h/bar (k2).

Maksymalny możliwy spadek ciśnienia TR (przy poziomie hałasu 30 dB) – nie więcej niż 27 kPa (ΔP1). Wydatek pompy 25 kPa (ΔP2). Ciśnienie robocze dla systemu ogrzewania – 20 kPa (ΔP).

Należy określić zakres strat ciśnienia dla TR (ΔP1).

Wartość wewnętrznego przenikania ciepła oblicza się następująco: Atr = 1 – k1/k2 (1 – 06/09) = 0,56. Stąd oblicza się wymagany zakres strat ciśnienia na TR: ΔP1 = ΔP * Atr (20 * 0,56…1) = 11,2…20 kPa.

Jeżeli samodzielne obliczenia prowadzą do nieoczekiwanych wyników, lepiej zwrócić się do specjalistów lub w celu sprawdzenia skorzystać z kalkulatora komputerowego.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Szczegółowa analiza obliczeń za pomocą programu komputerowego z objaśnieniami dotyczącymi montażu i poprawy funkcjonalności systemu:

Należy zauważyć, że pełnowymiarowe obliczenia nawet najprostszych rozwiązań wiążą się z mnóstwem wyliczanych parametrów. Oczywiście, obliczanie wszystkiego bez wyjątku jest uzasadnione pod warunkiem, że konstrukcja systemu grzewczego jest zbliżona do idealnej struktury. Jednak w rzeczywistości nic idealnego nie istnieje.

Dlatego często opiera się na samych obliczeniach, a także na praktycznych przykładach i wynikach ich działania. Takie podejście jest szczególnie popularne w budownictwie jednorodzinnym.

Ma Pan/Pani coś do dodania lub pytania dotyczące obliczeń jednorurowego systemu grzewczego? Proszę zostawiać komentarze pod publikacją, uczestniczyć w dyskusjach i dzielić się własnym doświadczeniem w urządzaniu obiegu grzewczego. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnej części.