Výpočet jednopotrubní topné soustavy: co zohlednit při výpočtu + praktický příklad

Jednotrubkový topný systém je jedním z řešení pro rozvod potrubí uvnitř budov s připojením topných zařízení. Toto schéma se jeví jako nejjednodušší a nejefektivnější. Vybudování topné větve podle varianty "jednou trubkou" vyjde majitele domů levněji než jiné způsoby.

Aby byla zajištěna funkčnost schématu, je nutné provést předběžný výpočet jednotrubkového topného systému – to umožní udržovat požadovanou teplotu v domě a předejít ztrátě tlaku v síti. S tímto úkolem je docela reálné se vypořádat samostatně. Pochybujete o svých silách?

Povíme vám, jaké jsou vlastnosti zařízení jednotrubkového systému, uvedeme příklady pracovních schémat, vysvětlíme, jaké výpočty je nutné provést ve fázi plánování topného okruhu.

Zařízení jednotrubkového topného schématu

Hydraulická stabilita systému je tradičně zajištěna optimálním výběrem jmenovité světlosti potrubí (DN). Stabilní schéma lze realizovat způsobem výběru průměrů, bez předchozího nastavení topných systémů s termoregulátory, poměrně jednoduše.

Právě k takovým topným systémům má přímý vztah jednotrubkové schéma s vertikálním/horizontálním montáží radiátorů a při úplné absenci uzavírací a regulační armatury na stoupačkách (odbočkách k zařízením).

Názorný příklad instalace radiátorového prvku ve schématu organizovaném podle principu cirkulace jednou trubkou. V tomto případě jsou použita kovoplastová potrubí s kovovými fitinkami.

Metodou změny průměrů trubek v jednotrubkovém kruhovém schématu vytápění lze poměrně přesně vyvážit existující tlakové ztráty. Řízení toků teplonosné látky uvnitř každého jednotlivého topného zařízení zajišťuje instalace termoregulátoru.

Obvykle v rámci procesu navrhování topného systému podle jednotrubkového schématu se v první fázi sestavují uzly propojení radiátorů. Ve druhé fázi se provádí provázání cirkulačních okruhů.

Klasické schématické řešení, kde se pro průtok teplonosného média a distribuci vody k radiátorům topení používá jedna trubka. Toto schéma patří k nejjednodušším variantám (+).

Konstrukce uzlu připojení jednotlivého zařízení předpokládá stanovení tlakových ztrát na uzlu. Výpočet se provádí s ohledem na rovnoměrné rozložení průtoku teplonosného média termoregulátorem vzhledem k připojovacím bodům v tomto schématickém úseku.

V rámci stejné operace se provádí výpočet součinitele průtoku a stanovení rozsahu parametrů rozdělení toků v uzavíracím úseku. Na základě vypočteného rozsahu větví se pak sestavuje cirkulační smyčka.

Provázání cirkulačních okruhů

Aby bylo možné kvalitně provést vyvážení cirkulačních smyček jednotrubkového schématu, nejprve se provede výpočet možných tlakových ztrát (∆Po). Přitom se neberou v úvahu tlakové ztráty na regulačním ventilu (∆Pk).

Dále se podle hodnoty průtoku teplonosného média v koncovém úseku cirkulační smyčky a podle hodnoty ∆Pk (graf v technické dokumentaci zařízení) určuje velikost nastavení regulačního ventilu.

Stejný ukazatel lze určit podle vzorce:

Kv=0,316G / √∆Pk,

kde:

• Kv – velikost nastavení;
• G – průtok teplonosného média;
• ∆Pk – tlakové ztráty na regulačním ventilu.

Obdobné výpočty se provádějí pro každý jednotlivý regulační ventil jednotrubkové soustavy.

Rozsah tlakových ztrát na každém RV se vypočítá podle vzorce:

∆Pko=∆Po + ∆Pk – ∆Pn,

kde:

• ∆Po – možné tlakové ztráty;
• ∆Pk – tlakové ztráty na RV;
• ∆Pn – tlakové ztráty v úseku n cirkulační smyčky (bez uvažování ztrát v RV).

Pokud v důsledku výpočtů nebyly získány potřebné hodnoty pro jednotrubkový otopný systém jako celek, doporučuje se použít variantu jednotrubkového systému, která zahrnuje automatické regulátory průtoku.

Automatický regulátor průtoku instalovaný na zpětné lince teplonosného média. Přístroj reguluje celkový průtok teplonosného média pro celé jednotrubkové schéma.

Taková zařízení, jako jsou automatické regulátory, se montují na koncových úsecích schématu (spoje na stoupačkách, odbočné větve) v místech připojení k zpětné lince.

Pokud se technicky změní konfigurace automatického regulátoru (vymění se vypouštěcí kohout a zátka), je možná instalace přístrojů i na přívodních linkách teplonosného média.

Pomocí automatických regulátorů průtoku se provádí vyvážení cirkulačních smyček. Přitom se stanovují tlakové ztráty ∆Ps na koncových úsecích (stoupačky, přístrojové větve).

Zbytkové tlakové ztráty v rámci cirkulační smyčky se rozdělují mezi společné úseky potrubí (∆Pmr) a společný regulátor průtoku (∆Pr).

Hodnota časového nastavení hlavního regulátoru se volí podle grafů uvedených v technické dokumentaci s ohledem na ∆Rmr koncových úseků.

Ztráty tlaku na koncových úsecích se vypočítají vzorcem:

∆Rs=∆Rpp – ∆Rmr – ∆Rr,

kde:

• ∆Rr – vypočtená hodnota;
• ∆Rpp – zadaný tlakový rozdíl;
• ∆Rmr – ztráty Rrab na úsecích potrubí;
• ∆Rr – ztráty Rrab na společném RV.

Nastavení automatického regulátoru hlavního cirkulačního okruhu (za podmínky původně nezadaného tlakového rozdílu) se provádí s ohledem na nastavení minimálně možné hodnoty z rozsahu nastavení v technické dokumentaci přístroje.

Kvalita řízení toků automatickým regulátorem hlavního regulátoru se kontroluje podle rozdílu tlakových ztrát na každém jednotlivém regulátoru stoupačky nebo přístrojové větve.

Použití a ekonomické zdůvodnění

Absence požadavků na teplotu ochlazeného teplonosného média je výchozím bodem pro navrhování jednotrubkových otopných systémů s termoregulátory s instalací TR na přívodních potrubích radiátorů. Přitom je povinné vybavit tepelný uzel automatickou regulací.

Termoregulátor instalovaný na vedení, které přivádí teplonosné médium do otopného tělesa. Pro montáž byly použity kovové tvarovky, které jsou vhodné pro práci s polypropylenovými trubkami.

Schémata, kde na přívodních potrubích radiátorů chybí termoregulační zařízení, se také používají v praxi. Použití takových schémat je však podmíněno poněkud odlišnými prioritami zajištění mikroklimatu.

Obvykle se jednotrubková schémata bez automatické regulace používají pro skupiny místností navržených s ohledem na kompenzaci tepelných ztrát (50 % a více) prostřednictvím doplňkových zařízení: přívodní větrání, klimatizace, elektrické přitápění.

Také uspořádání jednotrubkových systémů se vyskytuje v projektech, kde normy povolují teplotu teplonosného média překračující mezní hodnotu pracovního rozsahu termoregulátoru.

Projekty bytových domů, kde je provoz otopné soustavy vázán na měření spotřebovaného tepla prostřednictvím měřičů, jsou obvykle navrženy podle obvodového jednotrubkového schématu.

Obvodové jednotrubkové schéma – svým způsobem „klasika žánru“, která se často používá v praxi obecní a soukromé bytové výstavby. Je považováno za jednoduché a ekonomické pro různé podmínky (+).

Ekonomickému zdůvodnění pro realizaci takového schématu podléhá umístění hlavních stoupaček v různých bodech konstrukce.

Hlavními kritérii výpočtu jsou náklady na dva hlavní materiály: otopných trubek a tvarovek.

Podle praktických příkladů realizace obvodového jednotrubkového systému je zvětšení průměru Dyu průchozího profilu potrubí dvakrát doprovázeno zvýšením nákladů na nákup trubek 2-3krát. Náklady na armatury se zvyšují až desetkrát v závislosti na materiálu, ze kterého jsou armatury vyrobeny.

Výpočtová základna pro montáž

Montáž jednotrubkového schématu se z hlediska umístění pracovních prvků prakticky neliší od uspořádání stejných dvoutrubkových systémů. Hlavní stoupačky se zpravidla umísťují mimo obytné místnosti.

Pravidly SNiP se doporučuje pokládat stoupačky uvnitř speciálních šachet nebo žlabů. Bytová větev se tradičně staví po obvodu.

Příklad umístění potrubí topného systému ve speciálně vyražených drážkách. Tato varianta uspořádání se často používá v moderním stavebnictví.

Pokládka potrubí se provádí ve výšce 70-100 mm od horní hrany podlahového soklu. Nebo se montáž provádí pod dekorativním soklem o výšce 100 mm a více a šířce až 40 mm. Moderní výroba vytváří tyto specializované krytky pro montáž sanitárních nebo elektrických komunikací.

Obvaz radiátorů se provádí schématem „shora dolů“ s přívodem trubek na jedné straně nebo na obou stranách. Umístění termoregulátorů „na konkrétní straně“ není kritické, ale pokud se montáž topného zařízení provádí vedle balkonových dveří, instalace TR se provádí povinně na straně vzdálenější od dveří.

Pokládka trubek za soklem se z dekorativního hlediska jeví jako výhodná, ale nutí vzpomenout na nedostatky, pokud jde o průchod místy, kde jsou vnitřní dveřní otvory.

Potrubí uložené pod dekorativním soklem. Dá se říci, klasické řešení pro jednotrubkové systémy implementované v novostavbách různých tříd.

Připojení topných zařízení (radiátorů) k jednotrubkovým stoupačkám se provádí podle schémat, která umožňují mírné lineární prodloužení trubek, nebo podle schémat s kompenzací prodloužení trubek v důsledku teplotních rozdílů.

Třetí varianta schematických řešení, kde se předpokládá použití třícestného regulátoru, se nedoporučuje z důvodů úspory.

Pokud uspořádání systému předpokládá pokládku stoupaček skrytých ve stěnových drážkách, doporučuje se jako připojovací armatury použít rohové termoregulátory typu RTD-G a uzavírací ventily podobné zařízením ze série RLV.

Možnosti připojení: 1,2 – pro systémy umožňující lineární roztažnost trubek; 3,4 – pro systémy určené pro použití dalších zdrojů tepla; 5,6 – řešení s třícestnými ventily jsou považována za nevýhodná (+)

Průměr odbočky potrubí k topným tělesům se vypočítá podle vzorce:

D >= 0.7√V,

kde:

• 0,7 – koeficient;
• V – vnitřní objem radiátoru.

Odbočka se provádí s určitým spádem (nejméně 5 %) ve směru volného výstupu teplonosné látky.

Výběr hlavního cirkulačního okruhu

Pokud projektové řešení předpokládá uspořádání topného systému na základě několika cirkulačních okruhů, je nutný výběr hlavního cirkulačního okruhu. Výběr by se teoreticky (a prakticky) měl provádět podle maximální hodnoty přenosu tepla nejvzdálenějšího radiátoru.

Tento parametr do určité míry ovlivňuje hodnocení hydraulického zatížení jako celku, které připadá na cirkulační okruh.

Cirkulační okruh v podobě strukturního schématu. Pro různé varianty návrhu může být takových okruhů několik. Přitom pouze jeden okruh je hlavním (+).

Přenos tepla vzdáleného tělesa se vypočítá vzorcem:

Atp = Qv / Qop + ΣQop,

kde:

• Atp – výpočtový přenos tepla vzdáleného tělesa;
• Qv – potřebný přenos tepla vzdáleného tělesa;
• Qop – přenos tepla z radiátorů do místnosti;
• ΣQop – součet potřebného přenosu tepla všech těles systému.

Přitom parametr součtu potřebného přenosu tepla může sestávat ze součtu hodnot těles určených k obsluze budovy jako celku nebo jen části budovy. Například při výpočtu tepla zvlášť pro místnosti pokryté jedním samostatným stoupačem nebo zvlášť pro plochy obsluhované větví těles.

A obecně se výpočtový přenos tepla jakéhokoli jiného topného radiátoru instalovaného v systému vypočítá trochu jiným vzorcem:

Atp = Qop / Qpom,

kde:

• Qop – potřebný tepelný přenos pro jednotlivý radiátor;
• Qpom – tepelná potřeba pro konkrétní místnost, kde se používá jednotrubkové schéma.

Nejjednodušší je pochopit výpočty a použití získaných hodnot na konkrétním příkladu.

Praktický příklad výpočtu

Pro obytný dům se vyžaduje jednotrubkový systém s ovládáním termostatem.

Hodnota jmenovité průtokové kapacity tělesa na maximální hranici nastavení je 0,6 m³/h/bar (k1). Maximální možná charakteristika průtokové kapacity pro tuto hodnotu nastavení je 0,9 m³/h/bar (k2).

Maximálně možný tlakový rozdíl TR (při hladině hluku 30 dB) – nejvýše 27 kPa (ΔR1). Dopravní výška čerpadla 25 kPa (ΔR2). Pracovní tlak pro topný systém – 20 kPa (ΔR).

Je třeba určit rozsah tlakových ztrát pro TR (ΔR1).

Hodnota vnitřního přenosu tepla se vypočítá takto: Atr = 1 – k1/k2 (1 – 06/09) = 0,56. Odtud se vypočítá požadovaný rozsah tlakových ztrát na TR: ΔP1 = ΔP * Atr (20 * 0,56…1) = 11,2…20 kPa.

Pokud samostatné výpočty vedou k neočekávaným výsledkům, je lepší se obrátit na odborníky nebo pro kontrolu použít počítačovou kalkulačku.

Závěry a užitečné video k tématu

Podrobný rozbor výpočtů pomocí počítačového programu s vysvětlivkami k montáži a zlepšení funkčnosti systému:

Je třeba poznamenat, že rozsáhlý výpočet i těch nejjednodušších řešení je doprovázen množstvím vypočítávaných parametrů. Samozřejmě, výpočet všeho bez výjimky je oprávněný pouze za podmínky uspořádání topné konstrukce blízké ideální struktuře. Ve skutečnosti však nic ideálního neexistuje.

Proto se často spoléhá na výpočty jako takové, stejně jako na praktické příklady a na výsledky práce těchto příkladů. Zvláště oblíbený je tento přístup u soukromé bytové výstavby.

Máte co dodat, nebo máte otázky k výpočtu jednopotrubního topného systému? Můžete zanechat komentáře k publikaci, účastnit se diskusí a sdílet vlastní zkušenosti s uspořádáním topného okruhu. Kontaktní formulář se nachází ve spodním bloku.