Hydraulische Berechnung einer Heizungsanlage anhand eines konkreten Beispiels

Die Heizung auf Basis der Warmwasserzirkulation ist die häufigste Option für die Einrichtung eines Privathauses.Für eine kompetente Entwicklung des Systems sind vorläufige Analyseergebnisse erforderlich, die sogenannte hydraulische Berechnung des Heizsystems, die den Druck in allen Abschnitten des Netzes mit den Rohrdurchmessern verknüpft.

Der vorgestellte Artikel beschreibt detailliert die Berechnungsmethodik. Um den Aktionsalgorithmus besser zu verstehen, haben wir uns den Berechnungsvorgang anhand eines konkreten Beispiels angesehen.

Durch die Einhaltung der beschriebenen Reihenfolge ist es möglich, den optimalen Durchmesser der Rohrleitung, die Anzahl der Heizgeräte, die Kesselleistung und andere Systemparameter zu bestimmen, die für die Gestaltung einer effektiven individuellen Wärmeversorgung erforderlich sind.

Konzept der hydraulischen Berechnung

Der entscheidende Faktor bei der technologischen Entwicklung von Heizsystemen war die übliche Energieeinsparung. Der Wunsch, Geld zu sparen, zwingt uns zu einer sorgfältigeren Herangehensweise an das Design, die Materialauswahl, die Installationsmethoden und den Betrieb der Heizung für zu Hause.

Wenn Sie sich daher dazu entschließen, ein einzigartiges und vor allem wirtschaftliches Heizsystem für Ihre Wohnung oder Ihr Haus zu schaffen, empfehlen wir Ihnen, sich mit den Berechnungs- und Auslegungsregeln vertraut zu machen.

Bevor Sie die hydraulische Berechnung des Systems definieren, müssen Sie klar und deutlich verstehen, dass das individuelle Heizsystem einer Wohnung oder eines Hauses herkömmlicherweise eine Größenordnung höher liegt als das Zentralheizungssystem eines großen Gebäudes.

Ein persönliches Heizsystem basiert auf einem grundlegend anderen Ansatz in Bezug auf die Konzepte von Wärme- und Energieressourcen.

Der Kern der hydraulischen Berechnung besteht darin, dass der Kühlmitteldurchfluss nicht im Voraus mit einer signifikanten Annäherung an reale Parameter festgelegt wird, sondern durch die Verknüpfung von Rohrleitungsdurchmessern mit Druckparametern in allen Ringen des Systems bestimmt wird

Es reicht aus, einen trivialen Vergleich dieser Systeme anhand der folgenden Parameter durchzuführen.

1. Das Zentralheizungssystem (Heizraum-Haus-Wohnung) basiert auf Standard-Energieträgern - Kohle, Gas. In einem autonomen System können Sie nahezu jeden Stoff verwenden, der eine hohe spezifische Verbrennungswärme aufweist, oder eine Kombination aus mehreren flüssigen, festen oder körnigen Materialien.
2. Der DSP basiert auf gewöhnlichen Elementen: Metallrohren, „unbeholfenen“ Batterien, Absperrventilen. Mit einem individuellen Heizsystem können Sie verschiedene Elemente kombinieren: mehrteilige Heizkörper mit guter Wärmeübertragung, High-Tech-Thermostate, verschiedene Arten von Rohren (PVC und Kupfer), Wasserhähne, Stopfen, Armaturen und natürlich unsere eigenen, sparsameren Heizkessel und Umwälzpumpen.
3. Wenn Sie die Wohnung eines typischen Plattenhauses betreten, das vor 20 bis 40 Jahren gebaut wurde, sehen Sie, dass das Heizsystem auf das Vorhandensein einer 7-teiligen Batterie unter dem Fenster in jedem Raum der Wohnung sowie eines vertikalen Rohrs durch die Wohnung zurückzuführen ist ganzes Haus (Steigrohr), mit dem man mit Nachbarn oben/unten „kommunizieren“ kann. Mit einem autonomen Heizsystem (AHS) können Sie ein System beliebiger Komplexität aufbauen und dabei die individuellen Wünsche der Wohnungsbewohner berücksichtigen.
4. Im Gegensatz zu einem DSP berücksichtigt ein separates Heizsystem eine ziemlich beeindruckende Liste von Parametern, die sich auf die Übertragung, den Energieverbrauch und den Wärmeverlust auswirken. Umgebungstemperaturbedingungen, erforderlicher Temperaturbereich in den Räumen, Fläche und Volumen des Raumes, Anzahl der Fenster und Türen, Zweck der Räume usw.

Somit ist die hydraulische Berechnung des Heizungssystems (HRSO) ein bedingter Satz berechneter Eigenschaften des Heizungssystems, der umfassende Informationen zu Parametern wie Rohrdurchmesser, Anzahl der Heizkörper und Ventile.

Dieser Heizkörpertyp wurde in den meisten Plattenhäusern im postsowjetischen Raum installiert. Materialeinsparungen und mangelnde Gestaltungsideen sind offensichtlich

Mit GRSO können Sie die richtige Wasserringpumpe (Heizkessel) für den Transport von Warmwasser zu den Endelementen des Heizsystems (Heizkörper) auswählen und als Endergebnis über das ausgeglichenste System verfügen, was sich direkt auf die finanziellen Investitionen in die Hausheizung auswirkt .

Eine andere Art von Heizkörper für DSP. Dies ist ein vielseitigeres Produkt, das eine beliebige Anzahl von Rippen haben kann. Auf diese Weise können Sie die Wärmeaustauschfläche vergrößern oder verkleinern

Reihenfolge der Berechnungsschritte

Wenn wir über die Berechnung des Heizsystems sprechen, stellen wir fest, dass dieses Verfahren das umstrittenste und gestalterisch wichtigste ist.

Bevor Sie die Berechnung durchführen, müssen Sie eine vorläufige Analyse des zukünftigen Systems durchführen, zum Beispiel:

• Stellen Sie in allen und insbesondere in jedem Raum der Wohnung ein thermisches Gleichgewicht her.
• Thermostate, Ventile und Druckregler genehmigen;
• Wählen Sie Heizkörper, Wärmeaustauschflächen, Wärmeübertragungsplatten;
• Bestimmen Sie Bereiche des Systems mit maximalem und minimalem Kühlmittelfluss.

Darüber hinaus ist es notwendig, das allgemeine Schema für den Transport des Kühlmittels festzulegen: Voll- und Kleinkreislauf, Einrohrsystem oder Zweirohrleitung.

Als Ergebnis der hydraulischen Berechnung erhalten wir mehrere wichtige Kenndaten des hydraulischen Systems, die Antworten auf folgende Fragen geben:

• Wie hoch sollte die Leistung der Heizquelle sein?
• Wie hoch ist die Durchflussmenge und Geschwindigkeit des Kühlmittels?
• Wie groß ist der erforderliche Durchmesser der Hauptheizungsleitung?
• Wie hoch sind die möglichen Wärmeverluste und wie groß ist die Masse des Kühlmittels selbst?

Ein weiterer wichtiger Aspekt der hydraulischen Berechnung ist das Verfahren zum Ausgleich (Verknüpfung) aller Teile (Abzweige) des Systems bei extremen thermischen Bedingungen mithilfe von Steuergeräten.

Es gibt mehrere Haupttypen von Heizprodukten: Mehrkammerheizkörper aus Gusseisen und Aluminium, Stahlplattenheizkörper, Bimetallheizkörper und Kovektoren. Am gebräuchlichsten sind jedoch mehrteilige Aluminiumheizkörper

Der Auslegungsbereich der Hauptleitung ist ein Abschnitt mit einem konstanten Durchmesser der Hauptleitung selbst sowie einem konstanten Warmwasserfluss, der durch die Formel für den Wärmehaushalt von Räumen bestimmt wird. Die Auflistung der Auslegungszonen beginnt bei der Pumpe oder Wärmequelle.

Beispielhafte Anfangsbedingungen

Um alle Einzelheiten der hydraulischen Berechnung genauer zu erläutern, nehmen wir ein konkretes Beispiel eines gewöhnlichen Wohnraums. Wir haben eine klassische 2-Zimmer-Wohnung in einem Plattenhaus mit einer Gesamtfläche von 65,54 m2.²Dazu gehören zwei Zimmer, eine Küche, ein separates WC und Badezimmer, ein Doppelkorridor und ein Doppelbalkon.

Nach der Beauftragung erhielten wir folgende Information bezüglich der Bereitschaft der Wohnung.Die beschriebene Wohnung umfasst Wände aus monolithischen Stahlbetonkonstruktionen, die mit Spachtelmasse und Grundierung behandelt wurden, Profilfenster mit Zweikammerglas, gepresste Innentüren und Keramikfliesen auf dem Badezimmerboden.

Ein typisches 9-stöckiges Plattenhaus mit vier Eingängen. Auf jeder Etage befinden sich 3 Wohnungen: eine 2-Zimmer-Wohnung und zwei 3-Zimmer-Wohnungen. Die Wohnung befindet sich im fünften Stock

Darüber hinaus ist das vorgestellte Gehäuse bereits mit Kupferleitungen, Verteilern und einem separaten Panel, einem Gasherd, einer Badewanne, einem Waschbecken, einer Toilette, einem beheizten Handtuchhalter und einem Waschbecken ausgestattet.

Und das Wichtigste: Wohnzimmer, Bad und Küche verfügen bereits über Heizkörper aus Aluminium. Die Frage bezüglich der Rohre und des Kessels bleibt offen.

Wie Daten erfasst werden

Die hydraulische Berechnung des Systems basiert größtenteils auf Berechnungen im Zusammenhang mit der Berechnung der Heizleistung basierend auf der Raumfläche.

Daher ist es notwendig, über folgende Informationen zu verfügen:

• die Fläche jedes einzelnen Raumes;
• Abmessungen der Fenster- und Türanschlüsse (Innentüren haben praktisch keinen Einfluss auf den Wärmeverlust);
• klimatische Bedingungen, Besonderheiten der Region.

Wir gehen von den folgenden Daten aus. Gemeinschaftsraumfläche - 18,83 m²², Schlafzimmer - 14,86 m²², Küche - 10,46 m²², Balkon - 7,83 m² (Summe), Korridor - 9,72 m² (Menge), Badezimmer - 3,60 m², Toilette - 1,5 m². Eingangstüren – 2,20 m², Schaufenster des Gemeinschaftsraums - 8,1 m², Schlafzimmerfenster - 1,96 m², Küchenfenster - 1,96 m².

Die Höhe der Wohnungswände beträgt 2 Meter 70 cm. Die Außenwände bestehen aus Beton der Klasse B7 plus Innenputz mit einer Dicke von 300 mm. Innenwände und Trennwände – tragend 120 mm, normal – 80 mm. Der Boden und damit auch die Decke bestehen aus Betonbodenplatten der Klasse B15, Dicke 200 mm.

Die Aufteilung dieser Wohnung bietet die Möglichkeit, einen einzigen Heizzweig zu schaffen, der durch die Küche, das Schlafzimmer und das Wohnzimmer verläuft und eine durchschnittliche Temperatur von 20–22 °C in den Räumen gewährleistet (+).

Was ist mit der Umwelt? Die Wohnung befindet sich in einem Haus mitten im Mikrobezirk einer Kleinstadt. Die Stadt liegt in einer bestimmten Tiefebene, die Höhe über dem Meeresspiegel beträgt 130-150 m. Das Klima ist gemäßigt kontinental mit kühlen Wintern und ziemlich warmen Sommern.

Die durchschnittliche Jahrestemperatur beträgt +7,6°C. Die Durchschnittstemperatur im Januar beträgt -6,6°C, im Juli +18,7°C. Wind - 3,5 m/s, durchschnittliche Luftfeuchtigkeit - 74 %, Niederschlag 569 mm.

Bei der Analyse der klimatischen Bedingungen der Region ist zu beachten, dass wir es mit einem breiten Temperaturspektrum zu tun haben, was sich wiederum auf die besonderen Anforderungen an die Anpassung der Heizungsanlage der Wohnung auswirkt.

Leistung des Wärmeerzeugers

Eine der Hauptkomponenten des Heizsystems ist der Heizkessel: Strom, Gas, kombiniert – das spielt in dieser Phase keine Rolle. Denn sein Hauptmerkmal ist uns wichtig – die Leistung, also die Energiemenge pro Zeiteinheit, die zum Heizen aufgewendet wird.

Die Leistung des Kessels selbst wird durch die folgende Formel bestimmt:

WKessel = (SRaum*WAnteil) / 10,

Wo:

• Ort - die Summe der Flächen aller Räume, die beheizt werden müssen;
• Wdel — spezifische Leistung unter Berücksichtigung der klimatischen Bedingungen des Standorts (daher war es notwendig, das Klima der Region zu kennen).

Typischerweise liegen uns für verschiedene Klimazonen folgende Daten vor:

• nördliche Regionen — 1,5 — 2 kW/m²;
• zentrale Zone — 1 — 1,5 kW/m²;
• südliche Regionen — 0,6 — 1 kW/m².

Diese Zahlen sind recht willkürlich, geben aber dennoch eine eindeutige numerische Antwort auf den Einfluss der Umgebung auf die Wohnungsheizung.

Diese Karte zeigt Klimazonen mit unterschiedlichen Temperaturregimen. Die Lage des Gehäuses im Verhältnis zur Zone bestimmt, wie viel Energie zum Heizen eines Quadratmeters aufgewendet werden muss. kWatt Energie (+)

Die zu beheizende Wohnungsfläche entspricht der Gesamtfläche der Wohnung und beträgt also 65,54-1,80-6,03 = 57,71 m2 (abzüglich des Balkons). Die spezifische Kesselleistung für die Zentralregion mit kalten Wintern beträgt 1,4 kW/m2. In unserem Beispiel beträgt die berechnete Leistung des Heizkessels also 8,08 kW.

Dynamische Parameter des Kühlmittels

Wir gehen zum nächsten Berechnungsschritt über – der Analyse des Kühlmittelverbrauchs. In den meisten Fällen unterscheidet sich das Heizsystem einer Wohnung von anderen Systemen – dies liegt an der Anzahl der Heizpaneele und der Länge der Rohrleitung. Der Druck wird als zusätzliche „Antriebskraft“ für die vertikale Strömung durch das System genutzt.

In privaten ein- und mehrstöckigen Gebäuden, alten Plattenwohnhäusern werden Hochdruckheizsysteme eingesetzt, die es ermöglichen, den wärmeabgebenden Stoff in alle Abschnitte des verzweigten Mehrringheizsystems zu transportieren und Wasser zu fördern die gesamte Höhe (bis zum 14. Stockwerk) des Gebäudes.

Im Gegenteil, eine gewöhnliche 2- oder 3-Zimmer-Wohnung mit autonomer Heizung verfügt nicht über eine solche Vielfalt an Ringen und Zweigen des Systems, sie umfasst nicht mehr als drei Kreisläufe.

Dies bedeutet, dass der Transport des Kühlmittels durch den natürlichen Prozess der Wasserströmung erfolgt. Sie können es aber auch verwenden UmwälzpumpenDie Heizung erfolgt über einen Gas-/Elektroboiler.

Für die Beheizung von Räumen größer 100 m empfehlen wir den Einsatz einer Umwälzpumpe². Die Pumpe kann entweder vor oder nach dem Kessel installiert werden, normalerweise wird sie jedoch auf der „Rücklaufseite“ installiert – niedrigere Flüssigkeitstemperatur, weniger Luftigkeit, längere Lebensdauer der Pumpe

Fachleute auf dem Gebiet der Planung und Installation von Heizsystemen definieren zwei Hauptansätze zur Berechnung des Kühlmittelvolumens:

1. Entsprechend der tatsächlichen Kapazität des Systems. Ausnahmslos alle Volumina der Hohlräume, in denen der Warmwasserstrom fließen wird, werden aufsummiert: die Summe einzelner Rohrabschnitte, Heizkörperabschnitte usw. Dies ist jedoch eine ziemlich arbeitsintensive Option.
2. Je nach Kesselleistung. Hier gehen die Meinungen der Experten stark auseinander, manche sagen 10, andere 15 Liter pro Kesselleistungseinheit.

Aus pragmatischer Sicht müssen Sie die Tatsache berücksichtigen, dass die Heizungsanlage wahrscheinlich nicht nur Warmwasser für den Raum liefert, sondern auch Wasser für Bad/Dusche, Waschbecken, Spüle und Trockner und möglicherweise für ... erwärmt Hydromassage oder Whirlpool. Diese Option ist einfacher.

Daher empfehlen wir in diesem Fall die Einstellung 13,5 Liter pro Leistungseinheit. Wenn wir diese Zahl mit der Kesselleistung (8,08 kW) multiplizieren, erhalten wir das geschätzte Wassermassenvolumen – 109,08 Liter.

Die berechnete Kühlmittelgeschwindigkeit im System ist genau der Parameter, der es Ihnen ermöglicht, einen bestimmten Rohrdurchmesser für das Heizsystem auszuwählen.

Die Berechnung erfolgt nach folgender Formel:

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

Wo:

• W — Kesselleistung;
• T — Temperatur des zugeführten Wassers;
• Zu — Wassertemperatur im Rücklaufkreislauf;
• k — Kesselwirkungsgrad (0,95 für einen Gaskessel).

Wenn wir die berechneten Daten in die Formel einsetzen, erhalten wir: (0,86 * 8080 * 0,95)/80-60 = 6601,36/20 = 330 kg/h.Somit bewegen sich in einer Stunde 330 Liter Kühlmittel (Wasser) durch das System, und die Systemkapazität beträgt etwa 110 Liter.

Bestimmung des Rohrdurchmessers

Um den Durchmesser und die Dicke der Heizungsrohre endgültig zu bestimmen, bleibt noch die Frage des Wärmeverlusts zu diskutieren.

Die maximale Wärmemenge verlässt den Raum durch die Wände – bis zu 40 %, durch Fenster – 15 %, den Boden – 10 %, alles andere durch die Decke/Dach. Die Wohnung ist durch Einbußen vor allem durch Fenster und Balkonmodule gekennzeichnet

In beheizten Räumen gibt es verschiedene Arten von Wärmeverlusten:

1. Druckverlust im Rohrdurchfluss. Dieser Parameter ist direkt proportional zum Produkt aus dem spezifischen Reibungsverlust im Rohr (vom Hersteller angegeben) und der Gesamtlänge des Rohrs. Angesichts der aktuellen Aufgabe können solche Verluste jedoch ignoriert werden.
2. Druckverlust bei örtlichen Rohrwiderständen — Heizkosten an Armaturen und Inneneinrichtungen. Angesichts der Problembedingungen, einer geringen Anzahl von Anschlussbögen und der Anzahl der Heizkörper können solche Verluste jedoch vernachlässigt werden.
3. Wärmeverlust abhängig von der Lage der Wohnung. Es gibt noch eine andere Art von Wärmekosten, die jedoch eher mit der Lage des Raums im Verhältnis zum Rest des Gebäudes zusammenhängt. Bei einer gewöhnlichen Wohnung, die sich in der Mitte des Hauses befindet und links/rechts/oben/unten an andere Wohnungen angrenzt, sind die Wärmeverluste durch Seitenwände, Decke und Boden nahezu gleich „0“.

Sie können Verluste nur durch den vorderen Teil der Wohnung – den Balkon und das zentrale Fenster des Gemeinschaftsraums – berücksichtigen. Dieses Problem kann jedoch gelöst werden, indem zu jedem Heizkörper 2-3 Abschnitte hinzugefügt werden.

Der Rohrdurchmesser wird entsprechend dem Kühlmitteldurchfluss und der Geschwindigkeit seiner Zirkulation in der Heizungsleitung ausgewählt

Bei der Analyse der oben genannten Informationen ist es erwähnenswert, dass für die berechnete Geschwindigkeit des Warmwassers im Heizsystem die Tabellengeschwindigkeit der Bewegung von Wasserpartikeln relativ zur Rohrwand in horizontaler Position bekanntermaßen 0,3–0,7 m/s beträgt.

Um dem Meister zu helfen, stellen wir die sogenannte Checkliste zur Durchführung von Berechnungen für eine typische hydraulische Berechnung einer Heizungsanlage vor:

• Datenerfassung und Berechnung der Kesselleistung;
• Kühlmittelmenge und -geschwindigkeit;
• Wärmeverlust und Rohrdurchmesser.

Manchmal kann man bei Berechnungen einen Rohrdurchmesser erhalten, der groß genug ist, um das berechnete Kühlmittelvolumen abzudecken. Dieses Problem kann durch eine Vergrößerung des Kesselvolumens oder den Einbau eines zusätzlichen Ausdehnungsgefäßes gelöst werden.

Auf unserer Website gibt es einen Artikelblock zur Berechnung des Heizsystems. Wir empfehlen Ihnen, Folgendes zu lesen:

1. Wärmeberechnung einer Heizungsanlage: So berechnen Sie die Belastung der Anlage richtig
2. Berechnung der Warmwasserbereitung: Formeln, Regeln, Umsetzungsbeispiele
3. Wärmetechnische Berechnung eines Gebäudes: Einzelheiten und Formeln zur Durchführung von Berechnungen + praktische Beispiele

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Merkmale, Vor- und Nachteile natürlicher und erzwungener Kühlmittelzirkulationssysteme für Heizungsanlagen:

Zusammenfassend ergaben die hydraulischen Berechnungen konkrete physikalische Eigenschaften des zukünftigen Heizsystems.

Natürlich handelt es sich hierbei um ein vereinfachtes Berechnungsschema, das ungefähre Angaben zu hydraulischen Berechnungen für die Heizungsanlage einer typischen Zweizimmerwohnung liefert.

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