Опалення

 

Нормальна дія будь-якої системи центрального опалення багато в чому залежить від якісного розрахунку трубопроводу, правильного добору діаметрів труб, що забезпечують подачу в нагрівальні прилади необхідної кількості води.

Як відомо з гідравліки, при русі реальної рідини по трубах завжди мають місце втрати тиску на подолання опору – тертя і місцевих опорів. До місцевих опорів відносяться трійники, хрестовини, відводи, вентилі, крани, нагрівальні прилади, котли тощо. Втрати тиску , Па, на подолання тертя на ділянці трубопроводу з постійною витратою води і незмінним діаметром визначають за формулою:

 

,

(9.8)

 

де – діаметр теплопроводу, м;

– коефіцієнт гідравлічного тертя;

– швидкість руху води в теплопроводі, м/с;

– довжина ділянки теплопроводу, м;

– питома втрата тиску, Па/м.

 

Втрати тиску на подолання місцевих опорів, Па, визначають за формулою:

 

,

(9.9)

 

де – сума коефіцієнтів місцевих опорів теплопроводу (приведена в додатку М), величина безрозмірна;

– динамічний тиск води в даній ділянці теплопроводу, Па.

 

 

Загальний опір, що виникає при русі води в трубопроводі циркуляційного кільця, може бути поданий як сума втрат тиску на тертя та сума втрат тиску через місцеві опори рівнянням:

 

,

(9.10)

 

де – наявний циркуляційний тиск, Па.

 

При розрахунку головного циркуляційного кільця (найнесприятливішого в гідравлічному відношенні циркуляційного контуру) рекомендується передбачати запас тиску на невраховані опори в розмірі не більше ніж 10% від розрахункового тиску.

На підставі формул (9.8) і (9.9) складені розрахункові таблиці й номограми.

Таблиця для розрахунку трубопроводів системи водяного опалення при , і приведена в додатку Н.

Для гідравлічного розрахунку трубопроводу схему системи опалення виконують в аксонометричній проекції, на якій вказують усі вихідні дані. До складання такої схеми приступають після того, як буде закінчена така розрахунково-графічна робота:

– підраховано теплову потужність системи опалення;

– обрано тип нагрівальних приладів і визначена їх кількість для кожного помешкання;

– розміщено на поповерхових планах будівлі нагрівальні прилади, гарячі та зворотні стояки, а на планах горища і підвалу – подавальні та зворотні магістралі;

– обрано місце для теплового пункту або котельні;

– визначено розміри розширювальної посудини, якщо вона потрібна, і засіб повітровидалення;

– показано на плані горища або верхнього поверху (при сполученому даху) розміщення розширювальної посудини та приладів повітровидалення.

На планах поверхів, горища і підвалу гарячі та зворотні стояки системи опалення повинні бути пронумеровані, а на аксонометричній схемі крім стояків нумеруються також всі розрахункові ділянки циркуляційних кілець. Розрахунковою ділянкою називають ділянку теплопроводу з незмінною витратою теплоносія.

Для розрахунку трубопроводу додатково на схемі вказують теплове навантаження і довжину кожної розрахункової ділянки циркуляційного трубопроводу, а також усю запірно-регулюючу арматуру (крани, засувки тощо).

Сума довжин усіх розрахункових ділянок складає розмір розрахункового циркуляційного кільця.

При розрахунку трубопроводу двотрубної системи водяного опалення з природною циркуляцією прийнято вважати, що втрата тиску в місцевих опорах орієнтовно складає 50% наявного циркуляційного тиску. Отже, можлива середня питома втрата тиску на тертя, Па, на 1 м довжини може бути визначена за формулою:

 

,

(9.11)

 

де – довжина розрахункового циркуляційного кільця;

– коефіцієнт, що показує, що 50% тиску передбачається витратити на тертя, а інші 50% – на місцеві опори;

– наявний тиск, обумовлений формулою (9.2).

 

Розрахунок мережі починають з головного циркуляційного кільця для якого має найменше значення. У двотрубних схемах за головне приймають циркуляційне кільце, що проходить через нижній прилад дальнього стояка.

 

,

(9.12)

 

де – коефіцієнт, що враховує частку втрати тиску на місцеві опори від загальної величини розрахункового циркуляційного тиску ( – для систем опалення зі штучною циркуляцією, – для систем опалення з природною циркуляцією).

 

Крім розміру для підбору діаметру трубопроводів за таблицею або номограмою необхідно знати кількість води , кг/год., що проходить по кожній розрахунковій ділянці циркуляційного кільця.

Величина визначається за формулою:

 

,

(9.13)

 

де – теплове навантаження розрахункової ділянки, складене з теплових навантажень нагрівальних приладів, що обслуговуються по ділянці водою, Вт;

– теплоємкість води, кДж/(кг ∙ °С);

– перепад температур води в системі, °С;

– коефіцієнт переводу одиниць Вт у кДж/год.

 

Враховуючи одержане значення і визначивши кількість води , кг/год., можна за допомогою розрахункових таблиць (додаток Н) підібрати оптимальні діаметри труб розрахункового кільця.

При розрахунку окремих ділянок трубопроводу необхідно мати на увазі таке: місцевий опір трійників та хрестовин відносять лише до розрахункових ділянок із найменшою витратою води; місцеві опори нагрівальних приладів, котлів та бойлерів враховують порівно в кожному трубопроводі, що примикає до них. Якщо відповідно до розрахунку з урахуванням запасу до 10% втрачений тиск у системі буде більше або менше наявного тиску, то на окремих ділянках кільця діаметри труб слід змінити.

Неузгодженість втраченого тиску з визначеним циркуляційним кільцем припускається в однотрубних і двотрубних системах із швидким рухом води до 15%, а у двотрубних із тупиковим розведенням – до 25%.

Усі дані, одержувані при розрахунку теплопроводу, заносять у спеціальний бланк (табл. 9.1).

 

 

Таблиця 9.1 – Результати гідравлічного розрахунку теплопроводів систем водяного опалення

№ ділянки	Теплове навантаження, , Вт	Вит-рата води, , кг/год.	Дов-жина ділянки, , м	Діа-метр, , мм	Швид-кість, , м/с	Пи-тома втрата тиску, , Па/м	Втрата тиску на тертя, , Па	Сума коефіцієнтів місце-вих опорів,	Дина-мічний тиск, , Па	Втрата тиску в місцевих опорах, , Па	Сумар-на втрата тиску,

 

Приклад 9.1. Розрахувати трубопровід двотрубної системи водяного опалення, схема якого показана на рис. 9.3, не враховуючи охолодження води в трубах.

Температурний перепад у системі . Вертикальна відстань від середини котла до середини нагрівального приладу першого поверху дорівнює 2, 4 м і до середини приладу другого поверху – .

На схемі в кружечках позначені номери ділянок, над виносною лінією – їх теплові навантаження, під виносною лінією – довжини ділянок.

Розрахунок починаємо з найпротяжнішого циркуляційного кільця, що проходить через нагрівальний прилад 1.

Рисунок 9.3 – Схема двотрубної системи водяного опалення з природною циркуляцією

 

За формулою (9.1) визначаємо наявний тиск для цього кільця:

 

 

де 977, 81, 961, 92 – густина води для температури і .

 

Загальна довжина розрахункового кільця приладу 1, рівна сумі довжин вхідних у нього ділянок:

 

Приймаючи, що 50% наявного тиску витрачається на подолання опору тертя і 50% – на подолання місцевих опорів, визначаємо розмір питомої втрати тиску на тертя:

 

 

При доборі діаметрів ділянок циркуляційного кільця, крім , необхідно знати кількість води , кг/год., що проходить по кожній розрахунковій ділянці циркуляційного кільця:

 

 

Орієнтуючись на отримане значення і визначивши кількість води , кг/год., можна за допомогою розрахункової таблиці (додаток Н) підібрати оптимальні діаметри труб розрахункового кільця. Усі дані, одержані при розрахунку трубопроводу, заносять у спеціальну табл. 9.2.

Користуючись додатком М для розрахункового циркуляційного кільця приладу 1, приймаємо такі коефіцієнти місцевих опорів (табл. 9.3):

 

Таблиця 9.2 – Гідравлічний розрахунок трубопроводів систем водяного опалення

№ ділянки	Теплове навантаження, , Вт	Витрата теплоносія, , кг/год.	Довжина ділянки, , м	Діаметр ділянки, , мм	Швидкість руху теплоносія, , м/с	Питома втрата тиску, , Па/м	Втрата тиску на тертя, , Па	Сума коефіцієнтів місцевого опору,	Втрата тиску в місцевому опорі, , Па	Сумарні втрати тиску на ділянці, , Па
Циркуляційне кільце, що проходить через прилад І ст. 1
					0, 056	3, 1	3, 1		6, 1	9, 2
					0, 077	3, 5		1, 5	4, 2	39, 2
					0, 066	1, 5			10, 6	22, 6
					0, 149	7, 3	36, 5	2, 75	31, 0	67, 5
					0, 149	7, 3	73, 0	2, 75	31, 0	104, 0
6					0, 066	1, 5		3, 5	7, 5	22, 5
					0, 077	3, 5	52, 5	1, 5	4, 2	56, 7
					0, 057	2, 4	9, 6		3, 2	12, 8
					0, 056	3, 1	3, 1	4, 5	6, 8	9, 9
Циркуляційне кільце, що проходить через прилад ІІІ ст. 1
					0, 17	55, 0	55, 0		101, 1	156, 1
					0, 17	55, 0	55, 0		72, 4	127, 4
					0, 23				0, 53	0, 353

Таблиця 9.3 – Значення коефіцієнтів місцевого опору на ділянках головного циркуляційного кільця

№ ділянки	, мм	Місцеві опори	Коефіцієнти місцевих опорів
		Половина нагрівального приладу Хрестовина на відвід
		Відвід Трійник на прохід
		Трійник на протитоці Вентиль з косим шпинделем
		Два відводи 900 Засувка Половина чавунного котла
		Половина чавунного котла Засувка Два відводи
		Трійник на протитоці Засувка
		Трійник на прохід Відвід
		Хрестовина на прохід
		Половина нагрівального приладу Кран подвійного регулювання Трійник на повороті

Запас тиску, рівний: , знаходиться в межах припустимого, тобто менше 10%.

Переходимо до визначення діаметрів трубопроводу ділянок 12, 13 і 14 циркуляційного кільця приладу 3.

Наявний тиск для цього кільця:

 

 

де – вертикальна відстань від центру котла до середини нагрівального приладу 3.

 

Виключаємо з цього тиску втрати тиску на ділянках, спільних із кільцем приладу 1 (ділянки 2÷ 7), що становлять 312, 5 Па.

Отже, розрахунковим тиском для ділянок 12, 13 і 14 буде:

 

 

При загальній довжині ділянок 12, 13 і 14 питомий тиск на тертя для них складе:

 

 

По і , кг/год., добираємо для ділянок 12, 13 і 14, що відповідають швидкості руху води, а також фактичні значення і заносимо їх у розрахунковий бланк.

Приймаємо за додатком М значення коефіцієнтів місцевих опорів для ділянок 12, 13 і 14.

Ділянка 12 ():

– половина нагрівального приладу ;

– кран подвійного регулювання ;

– хрестовина на проході ;

.

Ділянка 13 ():

– половина нагрівального приладу ;

– трійник на протитоці ;

.

Ділянка 14 ():

– хрестовина на прохід ;

.

 

Значення заносимо в графу 9 табл. 9.2.

По швидкості , використовуючи додаток П, визначаємо за формулою (9.9), значення заносимо в графу 10 табл. 9.2.

Загальна втрата тиску на ділянках 12÷ 14 (по табл. 9.1) дорівнює 636, 5 Па при розрахунковому тиску 684, 5 Па.

Запас тиску: .

Розрахунок інших кілець, що проходить через прилади 2, 4, 8, аналогічний проведеним розрахункам.