Calcolo di un sistema di riscaldamento monotubo: cosa considerare nel calcolo + esempio pratico

Il sistema di riscaldamento monotubo è una delle soluzioni per la distribuzione dei tubi all'interno degli edifici con collegamento dei dispositivi di riscaldamento. Questo schema sembra essere il più semplice ed efficace. La realizzazione di un ramo di riscaldamento con il sistema "a tubo singolo" costa ai proprietari di casa meno di altri metodi.

Per garantire il funzionamento dello schema, è necessario eseguire un calcolo preliminare del sistema di riscaldamento monotubo – ciò consentirà di mantenere la temperatura desiderata in casa e prevenire la perdita di pressione nella rete. È del tutto possibile gestire questo compito da sé. Dubita delle sue capacità?

Le racconteremo quali sono le caratteristiche del sistema monotubo, forniremo esempi di schemi di lavoro, spiegheremo quali calcoli è assolutamente necessario eseguire in fase di progettazione del circuito di riscaldamento.

Caratteristiche del sistema monotubo

La stabilità idraulica del sistema è tradizionalmente garantita da una selezione ottimale del diametro nominale delle tubazioni (Dnom). Realizzare uno schema stabile selezionando i diametri, senza una regolazione preliminare dei sistemi di riscaldamento con termoregolatori, è abbastanza semplice.

È proprio a tali sistemi di riscaldamento che si riferisce direttamente lo schema monotubo con montaggio verticale/orizzontale dei radiatori e in completa assenza di valvole di intercettazione e regolazione sulle colonne montanti (diramazioni verso gli apparecchi).

Esempio illustrativo di installazione di un elemento radiatore in uno schema organizzato secondo il principio di circolazione a tubo singolo. In questo caso vengono utilizzati tubi in metallo-plastica con raccordi metallici.

Con il metodo di variazione dei diametri dei tubi nello schema di riscaldamento ad anello monotubo è possibile bilanciare abbastanza precisamente le perdite di carico. La gestione dei flussi del fluido termovettore all'interno di ogni singolo apparecchio di riscaldamento è garantita da l'installazione di un termoregolatore.

Di solito, nel processo di progettazione di un sistema di riscaldamento a schema monotubo, nella prima fase vengono realizzati i nodi di collegamento dei radiatori. Nella seconda fase viene eseguito il collegamento degli anelli di circolazione.

Soluzione schematica classica, in cui per il flusso del fluido termovettore e la distribuzione dell'acqua ai radiatori termici viene utilizzato un singolo tubo. Questo schema è tra le opzioni più semplici (+)

La progettazione del nodo di collegamento di un singolo apparecchio prevede la determinazione delle perdite di pressione sul nodo. Il calcolo viene eseguito tenendo conto della distribuzione uniforme del flusso del fluido termovettore da parte del termoregolatore rispetto ai punti di connessione in questo tratto dello schema.

Nell'ambito della stessa operazione, si esegue il calcolo del coefficiente di flusso, oltre alla determinazione dell'intervallo dei parametri di distribuzione delle portate nel tratto di chiusura. Basandosi già sull'intervallo calcolato dei rami, si costruisce l'anello di circolazione.

Collegamento degli anelli di circolazione

Per eseguire correttamente il bilanciamento degli anelli di circolazione di uno schema monotubo, si esegue preventivamente un calcolo delle possibili perdite di pressione (∆Ro). In questo caso, non si considerano le perdite di pressione sulla valvola di regolazione (∆Rk).

Successivamente, in base al valore della portata del fluido termovettore nel tratto finale dell'anello di circolazione e al valore di ∆Rk (grafico nella documentazione tecnica dell'apparecchio), si determina il valore di regolazione della valvola di regolazione.

Questo stesso valore può essere determinato con la formula:

Kv=0,316G / √∆Rk,

dove:

• Kv – valore di regolazione;
• G – portata del fluido termovettore;
• ∆Rk – perdite di pressione sulla valvola di regolazione.

Calcoli analoghi vengono eseguiti per ogni singola valvola di regolazione del sistema monotubo.

Tuttavia, l'intervallo delle perdite di pressione su ciascuna RV viene calcolato con la formula:

∆Rko=∆Ro + ∆Rk – ∆Rn,

dove:

• ∆Ro – possibili perdite di pressione;
• ∆Rk – perdite di pressione sulla RV;
• ∆Rn – perdite di pressione nel tratto n dell'anello di circolazione (senza considerare le perdite sulla RV).

Se, a seguito dei calcoli, non sono stati ottenuti i valori necessari per il sistema di riscaldamento monotubo nel suo complesso, si consiglia di adottare una variante del sistema monotubo che includa regolatori automatici di portata.

Regolatore automatico di portata installato sulla linea di ritorno del fluido termovettore. L'apparecchio regola la portata totale del fluido termovettore per l'intero schema monotubo.

Dispositivi come i regolatori automatici vengono montati sui tratti terminali dello schema (nodi di connessione sulle colonne montanti, rami di derivazione) nei punti di collegamento alla linea di ritorno.

Se si modifica tecnicamente la configurazione del regolatore automatico (scambiando il rubinetto di scarico con il tappo), l'installazione degli apparecchi è possibile anche sulle linee di mandata del fluido termovettore.

Con l'ausilio dei regolatori automatici di portata si effettua il bilanciamento degli anelli di circolazione. In questo caso, si determinano le perdite di pressione ∆Rc sui tratti terminali (colonne montanti, rami degli apparecchi).

Le perdite di pressione residue entro i confini dell'anello di circolazione vengono distribuite tra i tratti comuni delle tubazioni (∆Rmr) e il regolatore di portata generale (∆Rr).

Il valore della regolazione temporanea del regolatore generale viene scelto in base ai grafici presentati nella documentazione tecnica, tenendo conto di ∆Rmr dei tratti terminali.

Le perdite di pressione sui tratti terminali si calcolano con la formula:

∆Rc=∆Rpp – ∆Rmr – ∆Rr,

dove:

• ∆Rr – valore calcolato;
• ∆Rpp – differenziale di pressione impostato;
• ∆Rmr – perdite di Rrab sulle sezioni delle tubazioni;
• ∆Rr – perdite di Rrab sul RV generale.

La regolazione del regolatore automatico dell'anello di circolazione principale (a condizione che non sia inizialmente impostato un differenziale di pressione) viene effettuata tenendo conto dell'impostazione del valore minimo possibile dalla gamma di regolazione nella documentazione tecnica dell'apparecchio.

La qualità della controllabilità dei flussi da parte dell'automatica del regolatore generale viene controllata in base alla differenza di perdite di pressione su ciascun regolatore individuale di colonna o ramo di apparecchio.

Applicazione e giustificazione economica

L'assenza di requisiti sulla temperatura del fluido termovettore raffreddato è il punto di partenza per la progettazione di sistemi di riscaldamento monotubo con termoregolatori e installazione di TR sulle linee di alimentazione dei radiatori. Inoltre, è obbligatorio dotare il punto termico di regolazione automatica.

Termoregolatore installato sulla linea che alimenta il fluido termovettore al radiatore di riscaldamento. Per il montaggio sono stati utilizzati raccordi metallici, comodi per lavorare con tubi in polipropilene.

Le soluzioni schematiche in cui non sono presenti dispositivi termoregolatori sulle linee di alimentazione dei radiatori vengono anch'esse utilizzate nella pratica. Ma l'impiego di tali schemi è dettato da priorità leggermente diverse per garantire il microclima.

Di solito, gli schemi monotubo senza regolazione automatica vengono applicati per gruppi di ambienti progettati tenendo conto della compensazione delle perdite di calore (50% o più) tramite dispositivi aggiuntivi: ventilazione forzata, condizionamento dell'aria, riscaldamento elettrico.

Inoltre, la realizzazione di sistemi monotubo si trova in progetti in cui le normative consentono una temperatura del fluido termovettore superiore al valore limite del campo di lavoro del termoregolatore.

I progetti di condomini in cui il funzionamento dell'impianto di riscaldamento è legato alla contabilizzazione del calore consumato tramite contatori vengono solitamente realizzati secondo uno schema monotubo perimetrale.

Lo schema monotubo perimetrale è una sorta di 'classico del genere', spesso applicato nella pratica dell'edilizia pubblica e privata. È considerato semplice ed economico per diverse condizioni (+)

La giustificazione economica per la realizzazione di tale schema riguarda la disposizione delle colonne principali in diversi punti della struttura.

I criteri principali di calcolo sono il costo dei due materiali principali: tubi per riscaldamento e raccordi.

Secondo esempi pratici di realizzazione del sistema monotubo perimetrale, l'aumento del diametro nominale (DN) della sezione di passaggio delle tubazioni del doppio comporta un aumento delle spese per l'acquisto dei tubi di 2-3 volte. Mentre le spese per i raccordi aumentano fino a 10 volte, a seconda del materiale di cui sono realizzati i raccordi.

Base di calcolo per l'installazione

Il montaggio dello schema monotubo, dal punto di vista della disposizione degli elementi di lavoro, non differisce praticamente da quello degli stessi sistemi a due tubi. Le colonne montanti principali, di solito, sono posizionate all'esterno degli ambienti abitativi.

Le norme SNiP raccomandano di eseguire la posa delle colonne montanti all'interno di appositi cavedi o canalette. La diramazione dell'appartamento viene tradizionalmente realizzata lungo il perimetro.

Esempio di posizionamento delle tubazioni dell'impianto di riscaldamento in tracce appositamente realizzate. Questa soluzione viene spesso utilizzata nell'edilizia moderna.

La posa delle tubazioni viene effettuata a un'altezza di 70-100 mm dal bordo superiore dello zoccolo a pavimento. In alternativa, l'installazione viene realizzata sotto uno zoccolo decorativo alto 100 mm o più, con larghezza fino a 40 mm. L'industria moderna produce appositi rivestimenti specializzati per l'installazione di impianti idraulici o elettrici.

Il collegamento dei radiatori viene eseguito con schema 'dall'alto verso il basso' con alimentazione dei tubi su un lato o su entrambi i lati. La posizione dei termoregolatori 'su un lato specifico' non è critica, ma se l'installazione dell'apparecchio di riscaldamento viene effettuata vicino a una porta-finestra, l'installazione del TR viene eseguita obbligatoriamente sul lato opposto alla porta.

La posa dei tubi dietro lo zoccolo sembra preferibile dal punto di vista decorativo, ma fa ricordare gli svantaggi quando si tratta di attraversare aree in cui sono presenti porte interne.

Tubazioni posate sotto lo zoccolo decorativo. Si può dire che sia una soluzione classica per gli impianti monotubo installati in nuovi edifici di diversa categoria.

Il collegamento degli apparecchi di riscaldamento (radiatori) alle colonne montanti monotubo viene eseguito secondo schemi che consentono un leggero allungamento lineare dei tubi o secondo schemi con compensazione dell'allungamento dei tubi dovuto alle variazioni di temperatura.

La terza opzione di soluzione schematica, che prevede l'uso di un regolatore a tre vie, non è raccomandata per motivi di economia.

Se la configurazione dell'impianto prevede la posa di colonne montanti nascoste nelle tracce delle pareti, si consiglia di utilizzare come raccordi di collegamento termostati angolari tipo RTD-G e valvole di intercettazione simili ai dispositivi della serie RLV.

Varianti di collegamento: 1,2 – per impianti che consentono l'espansione lineare dei tubi; 3,4 – per impianti progettati per l'uso di fonti di calore supplementari; 5,6 – le soluzioni con valvole a tre vie sono considerate non vantaggiose (+)

Il diametro del ramo di tubazione verso gli apparecchi di riscaldamento si calcola con la formula:

D >= 0.7√V,

dove:

• 0,7 – coefficiente;
• V – volume interno del radiatore.

La diramazione viene eseguita con una certa pendenza (non inferiore al 5%) in direzione dell'uscita libera del fluido termovettore.

Scelta dell'anello di circolazione principale

Se la soluzione progettuale prevede la realizzazione di un sistema di riscaldamento basato su più anelli di circolazione, è necessario scegliere l'anello di circolazione principale. La scelta, teoricamente (e praticamente), deve essere effettuata in base al valore massimo di trasmissione termica del radiatore più lontano.

Questo parametro influenza in una certa misura la valutazione del carico idraulico complessivo che grava sull'anello di circolazione.

Anello di circolazione in forma di schema strutturale. Per diverse opzioni di progettazione, possono esserci più anelli. Solo un anello è principale (+).

La trasmissione termica del dispositivo remoto viene calcolata con la formula:

Atp = Qv / Qop + ΣQop,

dove:

• Atp – trasmissione termica calcolata del dispositivo remoto;
• Qv – trasmissione termica necessaria del dispositivo remoto;
• Qop – trasmissione termica dai radiatori all'ambiente;
• ΣQop – somma della trasmissione termica necessaria di tutti i dispositivi del sistema.

Inoltre, il parametro della somma della trasmissione termica necessaria può essere costituito dalla somma dei valori dei dispositivi destinati a servire l'intero edificio o solo una parte di esso. Ad esempio, nel calcolo del calore separatamente per gli ambienti coperti da una singola colonna montante o per le singole aree servite da un ramo di dispositivi.

In generale, la trasmissione termica calcolata di qualsiasi altro radiatore di riscaldamento installato nel sistema viene calcolata con una formula leggermente diversa:

Atp = Qop / Qpom,

dove:

• Qop – trasmissione termica necessaria per un singolo radiatore;
• Qpom – fabbisogno termico per un ambiente specifico in cui viene utilizzato uno schema monotubo.

Il modo più semplice per comprendere i calcoli e l'applicazione dei valori ottenuti è con un esempio concreto.

Esempio pratico di calcolo

Per una casa residenziale è necessario un sistema monotubo con controllo tramite termostato.

Il valore della portata nominale del dispositivo al limite massimo di impostazione è 0,6 m³/h/bar (k1). La caratteristica di portata massima possibile per questo valore di impostazione è 0,9 m³/h/bar (k2).

La differenza di pressione massima possibile del TR (a un livello di rumore di 30 dB) non supera 27 kPa (ΔP1). La prevalenza della pompa è 25 kPa (ΔP2). La pressione di esercizio per il sistema di riscaldamento è 20 kPa (ΔP).

È necessario determinare il range di perdita di pressione per il TR (ΔP1).

Il valore della trasmissione termica interna si calcola così: Atr = 1 – k1/k2 (1 – 06/09) = 0,56. Da qui si calcola il range di perdita di pressione richiesto sul TR: ΔP1 = ΔP * Atr (20 * 0,56…1) = 11,2…20 kPa.

Se i calcoli autonomi portano a risultati inaspettati, è meglio rivolgersi a specialisti o utilizzare un calcolatore informatico per verifica.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Analisi dettagliata dei calcoli tramite programma informatico con spiegazioni sul montaggio e miglioramento della funzionalità del sistema:

Va notato che un calcolo su vasta scala anche delle soluzioni più semplici comporta una quantità di parametri calcolati. Naturalmente, calcolare tutto senza eccezioni è giusto a condizione di organizzare una struttura di riscaldamento vicina a quella ideale. Ma in realtà non esiste nulla di ideale.

Pertanto, spesso ci si basa sui calcoli in sé, nonché su esempi pratici e sui risultati di questi esempi. Questo approccio è particolarmente popolare per l'edilizia residenziale privata.

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