Berekening van een eenpijpsverwarmingssysteem: waar u rekening mee moet houden + praktijkvoorbeeld

Een eenpijpsverwarmingssysteem is een van de oplossingen voor het leggen van leidingen in gebouwen met aansluiting van verwarmingstoestellen. Een dergelijk schema lijkt het eenvoudigst en meest efficiënt. Het aanleggen van een verwarmingstak volgens het ‘eenpijps’-principe is voor huiseigenaren goedkoper dan andere methoden.

Om de werking van het schema te garanderen, moet u een voorlopige berekening van het eenpijpsverwarmingssysteem uitvoeren – dit maakt het mogelijk om de gewenste temperatuur in huis te handhaven en drukverlies in het netwerk te voorkomen. Het is heel goed mogelijk om deze taak zelf aan te pakken. Twijfelt u aan uw eigen kunnen?

Wij vertellen u wat de bijzonderheden zijn van de opbouw van een eenpijpssysteem, geven voorbeelden van werkende schema's, en leggen uit welke berekeningen u zeker moet uitvoeren in de planningsfase van het verwarmingscircuit.

Opbouw van een eenpijpsverwarmingsschema

De hydraulische stabiliteit van het systeem wordt traditioneel gewaarborgd door een optimale keuze van de nominale diameter van de leidingen (Dusl). Het is vrij eenvoudig om een stabiel schema te realiseren door middel van diameterkeuze, zonder voorafgaande afstelling van verwarmingssystemen met thermostaten.

Het is precies voor dergelijke verwarmingssystemen dat het eenpijpsschema direct relevant is, met verticale/horizontale montage van radiatoren en bij volledige afwezigheid van afsluit- en regelafsluiters op de stijgleidingen (aansluitingen naar de toestellen).

Een duidelijk voorbeeld van de installatie van een radiatorelement in een schema dat is georganiseerd volgens het principe van circulatie door één pijp. In dit geval worden meerlagenbuizen met metalen fittingen gebruikt.

Door de diameters van de leidingen in een eenpijps ringvormig verwarmingsschema te variëren, kunnen de optredende drukverliezen vrij nauwkeurig worden gebalanceerd. Het regelen van de stromen van het verwarmingsmedium in elk afzonderlijk verwarmingstoestel wordt verzorgd door de installatie van een thermostaat.

Gewoonlijk worden in het ontwerpproces van een verwarmingssysteem volgens een eenpijpsschema in de eerste fase de aansluitpunten van de radiatoren opgebouwd. In de tweede fase worden de circulatielussen afgestemd.

Een klassieke schema-oplossing, waarbij voor de doorstroming van het verwarmingsmedium en de verdeling van water over de warmteradiatoren één pijp wordt gebruikt. Dit schema behoort tot de eenvoudigste varianten (+)

Het ontwerpen van de aansluiteenheid van een afzonderlijk toestel vereist het bepalen van de drukverliezen in de eenheid. De berekening wordt uitgevoerd met inachtneming van de gelijkmatige verdeling van de warmtedragerstroom door de thermostaatregelaar ten opzichte van de aansluitpunten op dit schemaonderdeel.

In het kader van dezelfde bewerking wordt de berekening van de stroomcoëfficiënt uitgevoerd, plus de bepaling van het bereik van de stroomverdelingsparameters op het afsluitende deel. Op basis van het berekende aftakbereik wordt vervolgens de circulatielus opgebouwd.

Afstemmen van circulatielussen

Om het afstemmen van de circulatielussen van een eenpijpsschema kwalitatief uit te voeren, wordt vooraf een berekening uitgevoerd van de mogelijke drukverliezen (ΔRo). Hierbij worden de drukverliezen over de regelklep (ΔRk) niet meegerekend.

Vervolgens wordt op basis van de waarde van het warmtedragerdebiet op het einddeel van de circulatielus en de waarde van ΔRk (grafiek in de technische documentatie van het toestel) de instelwaarde van de regelklep bepaald.

Dezelfde waarde kan worden bepaald met de formule:

Kv=0,316G / √ΔRk,

waarbij:

• Kv – de instelwaarde;
• G – het warmtedragerdebiet;
• ΔRk – de drukverliezen over de regelklep.

Soortgelijke berekeningen worden uitgevoerd voor elke afzonderlijke regelklep van het eenpijpssysteem.

Overigens wordt het drukverliesbereik per regelklep berekend met de formule:

ΔRko=ΔRo + ΔRk – ΔRn,

waarbij:

• ΔRo – mogelijke drukverliezen;
• ΔRk – drukverliezen over de RV;
• ΔRn – drukverliezen op het n-deel van de circulatielus (exclusief verliezen in de RV).

Indien na de berekeningen de benodigde waarden voor het eenpijpsverwarmingssysteem als geheel niet zijn verkregen, wordt aanbevolen een variant van het eenpijpssysteem toe te passen met automatische debietregelaars.

Automatische debietregelaar, geïnstalleerd op de retourleiding van het warmtemedium. Het apparaat regelt het totale debiet van het warmtemedium voor het gehele eenpijpsschema.

Dergelijke apparaten, zoals automatische regelaars, worden gemonteerd op de eindgedeelten van het schema (aansluitpunten op stijgleidingen, afvoerende aftakkingen) op de aansluitpunten van de retourleiding.

Indien de configuratie van de automatische regelaar technisch wordt gewijzigd (door de aftapkraan en de plug te verwisselen), is installatie van de apparaten ook mogelijk op de aanvoerleidingen van het warmtemedium.

Met behulp van automatische debietregelaars wordt het afstemmen van de circulatielussen uitgevoerd. Hierbij worden de drukverliezen ΔRs op de eindgedeelten (stijgleidingen, toestelleidingen) bepaald.

De resterende drukverliezen binnen de grenzen van het circulatielus worden verdeeld over de gemeenschappelijke leidinggedeelten (ΔRmr) en de gemeenschappelijke debietregelaar (ΔRr).

De waarde van de tijdelijke instelling van de gemeenschappelijke regelaar wordt gekozen op basis van de in de technische documentatie weergegeven grafieken, rekening houdend met de ΔRmr van de eindgedeelten.

De drukverliezen op de eindgedeelten worden berekend met de formule:

ΔRs=ΔRpp – ΔRmr – ΔRr,

waarbij:

• ∆Rr – berekende waarde;
• ∆Rpp – ingesteld drukverschil;
• ∆Rmr – verliezen Rrab op leidingtrajecten;
• ∆Rr – verliezen Rrab op de algemene RV.

De instelling van de automatische regelaar van de hoofdcirculatiekring (onder de voorwaarde van een oorspronkelijk niet ingesteld drukverschil) wordt uitgevoerd door de minimaal mogelijke waarde uit het instelbereik in de technische documentatie van het apparaat te kiezen.

De kwaliteit van de regelbaarheid van de stromen door de automatiek van de algemene regelaar wordt gecontroleerd door het verschil in drukverlies op elke afzonderlijke regelaar van de stijgleiding of de apparaattak.

Toepassing en economische rechtvaardiging

Het ontbreken van eisen aan de temperatuur van de gekoelde warmtedrager is het startpunt voor het ontwerpen van eenpijps verwarmingssystemen met thermostaatregelaars en installatie van TR op de aanvoerleidingen van radiatoren. Daarbij is het verplicht om het warmtepunt uit te rusten met automatische regeling.

Thermostaatregelaar geïnstalleerd op de leiding die de warmtedrager aanvoert naar de verwarmingsradiator. Voor de montage werden metalen fittingen gebruikt, die handig zijn voor het werken met polypropyleen buizen.

Schema-oplossingen waarbij geen thermostaatregelaars op de aanvoerleidingen van radiatoren aanwezig zijn, worden ook in de praktijk gebruikt. Maar het toepassen van dergelijke schema's wordt bepaald door enigszins andere prioriteiten voor het waarborgen van het binnenklimaat.

Gewoonlijk worden eenpijps schema's zonder automatische regeling toegepast voor groepen ruimten die zijn ontworpen met het oog op compensatie van warmteverliezen (50% of meer) door middel van aanvullende voorzieningen: ventilatie, airconditioning, elektrische verwarming.

Ook komt het gebruik van eenpijps systemen voor in projecten waar de normen een temperatuur van de warmtedrager toestaan die de grenswaarde van het werkbereik van de thermostaatregelaar overschrijdt.

Projecten van meergezinswoningen waar de exploitatie van het verwarmingssysteem is gekoppeld aan de meting van het verbruikte warmte via meters, worden meestal opgebouwd volgens een eenpijps perimeter systeem.

Het eenpijps perimeter schema – een soort 'klassieker', die vaak wordt toegepast in de praktijk van gemeentelijke en particuliere woningbouw. Wordt beschouwd als eenvoudig en economisch voor verschillende omstandigheden (+)

De economische rechtvaardiging voor de implementatie van een dergelijk schema is de locatie van de hoofdstijgleidingen op verschillende punten van de constructie.

De belangrijkste berekeningscriteria zijn de kosten van twee hoofdmaterialen: verwarmingsbuizen en fittingen.

Volgens praktijkvoorbeelden van de implementatie van een eenpijps perimeter systeem, gaat een verdubbeling van de Du-doorlaatdoorsnede van de leidingen gepaard met een verhoging van de aankoopkosten van buizen met 2-3 keer. En de kosten voor fittingen stijgen tot het tienvoudige, afhankelijk van het materiaal waarvan de fittingen zijn gemaakt.

Rekenbasis voor installatie

De installatie van een enkelpijpssysteem verschilt qua positionering van de werkelementen praktisch niet van die van tweepijpssystemen. De hoofdleidingen worden doorgaans buiten de woonruimtes geplaatst.

Volgens de SNiP-regelgeving wordt aanbevolen om de leidingen in speciale schachten of goten aan te leggen. De vertakking naar de appartementen wordt traditioneel langs de omtrek geplaatst.

Voorbeeld van het plaatsen van leidingen van het verwarmingssysteem in speciaal gehakte sleuven. Deze methode wordt vaak toegepast in de moderne bouw.

De leidingen worden gelegd op een hoogte van 70-100 mm vanaf de bovenrand van de vloerplint. Of de montage gebeurt onder een decoratieve plint van 100 mm of hoger en tot 40 mm breed. De moderne industrie produceert dergelijke gespecialiseerde sierlijsten voor de installatie van sanitaire of elektrische voorzieningen.

De aansluiting van radiatoren gebeurt volgens een 'boven-naar-beneden'-schema met toevoerleidingen aan een of beide zijden. De plaatsing van de thermostaatregelaars 'aan een specifieke zijde' is niet kritisch, maar als de installatie van het verwarmingstoestel naast een balkondeur plaatsvindt, wordt de regelaar verplicht aan de van de deur afgelegen zijde geplaatst.

Het leggen van leidingen achter de plint lijkt vanuit decoratief oogpunt voordelig, maar brengt nadelen met zich mee wanneer het gaat om passages waar binnendeuropeningen zijn.

Leidingen gelegd onder een decoratieve plint. Men kan zeggen, een klassieke oplossing voor enkelpijpssystemen in nieuwbouw van verschillende klassen.

De verbinding van verwarmingstoestellen (radiatoren) met enkelpijpsstijgleidingen gebeurt volgens schema's die een geringe lineaire uitzetting van de leidingen toestaan of volgens schema's met compensatie van uitzetting als gevolg van temperatuurverschillen.

De derde variant van schema-oplossingen, waarbij een driewegregelaar wordt gebruikt, wordt niet aanbevolen vanwege besparingsredenen.

Als het systeemontwerp voorziet in het leggen van stijgleidingen verborgen in muursleuven, wordt aanbevolen om als aansluitarmaturen hoekthermostaatregelaars van het type RTD-G en afsluiters vergelijkbaar met apparaten uit de RLV-serie te gebruiken.

Aansluitvarianten: 1,2 – voor systemen die lineaire uitzetting van leidingen toestaan; 3,4 – voor systemen die zijn ontworpen voor het gebruik van extra warmtebronnen; 5,6 – oplossingen met driewegkleppen worden als onvoordelig beschouwd (+)

De diameter van de leidingaftakking naar de verwarmingstoestellen wordt berekend met de formule:

D >= 0.7√V,

waarbij:

• 0,7 – coëfficiënt;
• V – het inwendige volume van de radiator.

De aftakking wordt uitgevoerd met een lichte helling (minimaal 5%) in de richting van de vrije uitgang van de warmtedrager.

Keuze van de primaire circulatielus

Indien het ontwerp voorziet in een verwarmingssysteem op basis van meerdere circulatieringen, is de keuze van de primaire circulatiering noodzakelijk. De keuze moet theoretisch (en praktisch) worden gemaakt op basis van de maximale warmteoverdracht van de verst verwijderde radiator.

Deze parameter beïnvloedt in zekere mate de beoordeling van de totale hydraulische belasting op de circulatiering.

Circulatiering in de vorm van een structuurschema. Voor verschillende ontwerpvarianten kunnen er meerdere ringen zijn. Slechts één ring is de primaire (+)

De warmteoverdracht van het verre toestel wordt berekend met de formule:

Atp = Qv / Qop + ΣQop,

waarbij:

• Atp – berekende warmteoverdracht van het verre toestel;
• Qv – benodigde warmteoverdracht van het verre toestel;
• Qop – warmteoverdracht van de radiatoren naar de ruimte;
• ΣQop – som van de benodigde warmteoverdracht van alle toestellen van het systeem.

Daarbij kan de parameter van de som van de benodigde warmteoverdracht bestaan uit de som van de waarden van toestellen die bedoeld zijn om het gehele gebouw of slechts een deel van het gebouw te bedienen. Bijvoorbeeld bij het berekenen van de warmte afzonderlijk voor ruimtes die worden bediend door één enkele stijgbuis, of voor afzonderlijke oppervlakken die worden bediend door een toesteltak.

Over het algemeen wordt de berekende warmteoverdracht van elke andere verwarmingsradiator in het systeem berekend met een iets andere formule:

Atp = Qop / Qpom,

waarbij:

• Qop – benodigde warmteoverdracht voor een individuele radiator;
• Qpom – warmtebehoefte voor een specifieke ruimte waar een éénpijpssysteem wordt gebruikt.

Het eenvoudigst is om de berekeningen en de toepassing van de verkregen waarden te begrijpen aan de hand van een concreet voorbeeld.

Praktisch rekenvoorbeeld

Voor een woonhuis is een éénpijpssysteem met regeling via een thermostaat vereist.

De nominale doorstroomcapaciteit van het toestel bij de maximale instellingsgrens bedraagt 0,6 m³/h/bar (k1). De maximaal mogelijke doorstroomcapaciteit voor deze instellingswaarde is 0,9 m³/h/bar (k2).

Het maximaal mogelijke drukverschil van de TR (bij geluidsniveau 30 dB) is niet meer dan 27 kPa (ΔP1). De opvoerhoogte van de pomp is 25 kPa (ΔP2). De werkdruk voor het verwarmingssysteem is 20 kPa (ΔP).

Het bereik van drukverliezen voor de TR (ΔP1) moet worden bepaald.

De waarde van de interne warmteoverdracht wordt als volgt berekend: Atr = 1 – k1/k2 (1 – 06/09) = 0,56. Hieruit wordt het vereiste bereik van drukverlies over de TR berekend: ΔP1 = ΔP * Atr (20 * 0,56…1) = 11,2…20 kPa.

Als onafhankelijke berekeningen tot onverwachte resultaten leiden, kunt u beter contact opnemen met specialisten of voor controle een computercalculator gebruiken.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Gedetailleerde uiteenzetting van de berekeningen met behulp van een computerprogramma, met uitleg over de installatie en het verbeteren van de functionaliteit van het systeem:

Het moet worden opgemerkt dat een volledige berekening, zelfs van de eenvoudigste oplossingen, gepaard gaat met een groot aantal berekende parameters. Natuurlijk is het gerechtvaardigd om alles zonder uitzondering te berekenen onder de voorwaarde dat de verwarmingsconstructie dicht bij een ideale structuur is georganiseerd. In de werkelijkheid is echter niets ideaal.

Daarom vertrouwt men vaak op de berekeningen zelf, evenals op praktische voorbeelden en de resultaten van het werk van deze voorbeelden. Deze aanpak is vooral populair voor particuliere woningbouw.

Heeft u iets toe te voegen of heeft u vragen over de berekening van een eenpijpsverwarmingssysteem? U kunt reacties op de publicatie achterlaten, deelnemen aan discussies en uw eigen ervaring met het inrichten van het verwarmingscircuit delen. Het contactformulier bevindt zich in het onderste blok.