Policz instalację CO krok po kroku
Strata ciśnienia jest kolejnym etapem po ustaleniu wymaganej mocy, przepływu i średnicy przewodu. Dopiero wtedy można ocenić opór konkretnej drogi i sprawdzić, jakiej wysokości podnoszenia będzie wymagała pompa obiegowa.
Co dokładnie liczy kalkulator?
Kalkulator szacuje straty hydrauliczne jednej analizowanej drogi w zamkniętej instalacji CO z wodą. Łączy opór prostych odcinków rur, opory miejscowe opisane przez ΣK oraz dodatkowe spadki urządzeń podane bezpośrednio w kPa.
Wynik obejmuje prędkość przepływu, liczbę Reynoldsa, współczynnik tarcia, Pa/m, stratę na rurach, opory miejscowe, całkowite kPa i równoważną wysokość strat. Nie zastępuje charakterystyki pompy, danych producenta armatury ani obliczeń dla cieczy o innych właściwościach niż woda.
Jeżeli nie znasz jeszcze średnicy, zacznij od kalkulatora średnicy rur CO. Gotowy wynik możesz później przenieść do kalkulatora doboru pompy obiegowej CO.
Jak liczone są straty liniowe i miejscowe?
Dla prostego odcinka stosowane jest równanie Darcy'ego-Weisbacha:
gdzie f jest współczynnikiem tarcia Darcy'ego, L długością przewodu, D średnicą wewnętrzną, ρ gęstością wody, a v średnią prędkością przepływu.
Opory miejscowe są dodawane osobno:
Kalkulator wykorzystuje ciągłą korelację Churchilla zależną od Re i względnej chropowatości. Obejmuje ona przepływ laminarny, przejściowy i turbulentny; w zakresie laminarnym sprowadza się praktycznie do zależności 64/Re. Dzięki temu nie stosuje arbitralnej liniowej interpolacji w strefie przejściowej.
Przykład: 860 l/h, rura 20 mm i 15 m w jedną stronę
Dla danych startowych przepływ 860 l/h to około 0,0002389 m³/s, a średnica wewnętrzna 20 mm daje pole przekroju około 0,000314 m². Prędkość wody wynosi więc około 0,760 m/s.
Przy średniej temperaturze 50°C i chropowatości 0,01 mm otrzymujemy Re około 27 600, współczynnik tarcia około 0,0253 i opór liniowy około 360,8 Pa/m.
Po zaznaczeniu zasilania i powrotu 15 m staje się 30 m przewodu. Strata rur to około 10,82 kPa, a dla ΣK = 8 opory miejscowe około 2,29 kPa. Łącznie, bez dodatkowych urządzeń, wychodzi około 13,11 kPa, czyli około 1,35 m wysokości strat.
To test kontrolny zaimplementowany niezależnie od kodu kalkulatora; służy do wychwytywania błędów jednostek i zmian w logice.
Liczba Reynoldsa i chropowatość rury
Liczba Reynoldsa opisuje relację bezwładności do lepkości. Dla Re poniżej około 2300 przepływ jest traktowany jako laminarny. Zakres około 2300–4000 jest strefą przejściową, w której wynik współczynnika tarcia jest mniej pewny niż przy jednoznacznym przepływie laminarnym lub turbulentnym.
Chropowatość ε wpływa przede wszystkim na przepływ turbulentny. Pole jest edytowalne, ponieważ rzeczywista wartość zależy od materiału, wykonania i stanu przewodu. Do projektu najlepiej używać danych producenta dla konkretnego systemu rur.
Jeśli analizujesz pętlę podłogówki, możesz dodatkowo porównać wynik z kalkulatorem spadku ciśnienia pętli ogrzewania podłogowego.
Pa/m, kPa i metry wysokości strat
Pa/m pokazuje jednostkową stratę prostego przewodu. kPa opisuje całkowitą stratę analizowanej drogi, a wynik w metrach jest równoważną wysokością strat wyliczoną z zależności H = Δp/(ρg).
W prawidłowo napełnionej, zamkniętej instalacji grzewczej wysokości budynku nie dodaje się po prostu do wysokości podnoszenia pompy. Podczas obiegu podnoszenie w jednej części pętli jest równoważone opadaniem w drugiej; pompa musi przede wszystkim pokonać straty przepływu.
Ciśnienie statyczne instalacji pozostaje osobnym zagadnieniem. Możesz je sprawdzić w kalkulatorze ciśnienia wstępnego naczynia CO.
Ciekawostka
Zmniejszenie średnicy rury wpływa na straty znacznie mocniej niż proporcjonalnie. Przy tym samym przepływie rośnie prędkość, a w równaniu strat występuje składnik v². Dlatego niewielka zmiana średnicy wewnętrznej może bardzo wyraźnie zmienić wynik Pa/m.
Opory miejscowe i dodatkowe urządzenia – nie dubluj strat
Kolana, trójniki, zwężenia i część zaworów można opisać współczynnikami K. Wtedy ich strata wynosi ΣK × ρv²/2. Dla filtrów, wymienników, zaworów regulacyjnych lub źródeł ciepła producent często podaje jednak gotową charakterystykę Δp przy konkretnym przepływie.
Dla jednego elementu wybierz jedną metodę. Jeśli spadek zaworu doliczasz bezpośrednio jako kPa, nie wpisuj jednocześnie jego K. W przeciwnym razie ten sam opór zostanie policzony dwa razy.
W instalacji podłogowej warto też sprawdzić dobór rozdzielacza i przepływy poszczególnych pętli.
Najczęstsze błędy przy liczeniu oporów CO
Najczęstszy błąd to użycie średnicy zewnętrznej zamiast wewnętrznej. Kolejny to policzenie tylko jednej nitki, mimo że analizowana droga obejmuje zasilanie i powrót. Często pomija się też zawory, filtry, wymienniki albo przeciwnie — ten sam element dodaje jednocześnie jako K i jako gotowe kPa.
Nie sumuj także strat wszystkich równoległych gałęzi. Dla wysokości podnoszenia pompy analizuje się drogę hydrauliczną o największym wymaganym oporze przy projektowym przepływie oraz wspólne odcinki instalacji.
Nie przenoś wyniku dla wody bezpośrednio na roztwór glikolu. Zmiana gęstości i szczególnie lepkości zmienia Re i straty. Osobnym zagadnieniem są również straty ciepła z przewodów CO.
Wskazówka od KalkulatorXXL
Porównując dwie średnice, patrz jednocześnie na prędkość, Pa/m i całkowity opór najbardziej niekorzystnej drogi. Sam „ładny” wynik prędkości nie wystarcza do doboru przewodu ani pompy.
Po wyznaczeniu pełnej drogi hydraulicznej przenieś przepływ oraz wysokość strat do kalkulatora doboru pompy obiegowej CO.
Jak uwzględnić pętle podłogówki?
Opór pojedynczej pętli policzysz w kalkulatorze spadku ciśnienia pętli. Na rozdzielaczu przepływy równoległych pętli sumują się w odcinku wspólnym, ale ich spadków ciśnienia nie dodaje się do siebie tak, jak elementów połączonych szeregowo.
Do bilansu pompy wybiera się najbardziej niekorzystną drogę od pompy przez odcinki wspólne, rozdzielacz i pętlę aż do powrotu.
Założenia i źródła techniczne
NIST opisuje straty tarcia w prostych rurach równaniem Darcy'ego-Weisbacha oraz rozdziela straty liniowe przewodów od dodatkowych strat kształtek i zaworów. Kalkulator stosuje ten sam podział: prosty przewód, ΣK i znane spadki urządzeń są liczone oddzielnie.
Właściwości wody są wyznaczane z temperatury w zakresie używanym w kalkulatorze. Wynik pozostaje obliczeniem inżynierskim do wstępnej analizy instalacji, a nie projektem wykonawczym ani zamiennikiem charakterystyk producenta.
NIST Technical Note 2206 – pressure losses in pipes and fittings