Гидравлический расчет системы отопления

 

Гидравлический расчет трубопроводов при выполнении курсового проекта производится для основного циркуляционного кольца. При этом рекомендуется расчет проводить методом удельных потерь давления. Расход воды в каждом стояке или на участке вычисляют по формуле

, (26)

где Q – тепловая нагрузка стояка или участка, Вт; t_Г, t_О – расчетная температура горячей и обратной воды в системе отопления, ^оС; для двухтрубной системы t_Г =95 ^оС, t_О =70 ^оС; с – удельная массовая теплоемкость воды, с =4,2 кДж/(кг ^оС); β;₁ – коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины β;₁=1,02, принимается по табл. 8.2 [6]; β;₂ – коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных ограждений, принимается по табл. 8.3 [6], для чугунных радиаторов, установленных у наружной стены, в том числе под световым проемом β;₂=1,02.

Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления производят в следующей последовательности.

1. После определения тепловой мощности системы отопления, размещения отопительных приборов и теплового пункта вычерчивают схему трубопроводов с изображением всех поворотов, ответвлений, запорно–регулирующей арматуры.

2. На схему наносят тепловые нагрузки всех отопительных приборов (записываются на расчетной схеме системы отопления над прямоугольниками, изображающими отопительные приборы), которые суммируются по стоякам и отдельным кольцам циркуляции.

3. Выбирают основное циркуляционное кольцо, т.е. наиболее протяженное, имеющее наибольшую тепловую нагрузку.

4. Расчетное циркуляционное кольцо разбивают на участки. На каждом участке проставляют тепловую нагрузку (в числителе) и его длину (в знаменателе). На рис. 4.6 представлена расчетная схема двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой магистрали. Расчетное (основное) циркуляционное кольцо, выделенное жирной линией, включает участки 1 – 16. Участком называется трубопровод, на котором расход протекающей воды, температура воды и диаметр трубопровода остаются неизменными. Нумеруют участки, начиная от распределительного коллектора и кончая сборным коллектором. Пример оформления расчетной схемы показан на рис. 4.6.

5. Определяют расчетное давление Δ Р_Р, Па, которое складывается из давления, создаваемого элеватором Δ Р_Н и естественного циркуляционного давления Δ Р_Е за счет остывания воды в отопительных приборах:

. (27)

Величину Δ Р_Н определяют по формуле

, (28)

где Р_П – Р_О – разность давления в наружных тепловых сетях, в месте ввода в здание, кПа (см. задание); u – коэффициент смешения, который находят из соотношения

, (29)

где Т_Г – расчетная температура воды в тепловой сети, ^оС; t_Г и t_О – то же, что и в формуле (26).

Величину Δ Р_Е определяют по зависимости

, (30)

где h – вертикальное расстояние между серединой отопительного прибора, расположенного на первом этаже, и осью элеватора, м; для основного циркуляционного кольца h можно принимать от 1,5 до 1,7 м; ρ_О и ρ_Г – плотность охлажденной и горячей воды, кг/м³; (ρ_О= 977,81 кг/м³; ρ_Г =961,92 кг/м³; g =9,81 м/с²).

6. При выборе диаметра труб исходят из среднего значения удельной линейной потери давления на трение в основном циркуляционном кольце R_СР, Па/м:

, (31)

где Δ Р_Р – то же, что и в формуле (27); Σ l – сумма длин последовательно соединенных участков расчетного циркуляционного кольца; длина участков определяется с точностью до 0,1 м по схеме системы отопления; 0,65 – доля потерь давления на трение. Гидравлический расчет сводится в табл. 7.

7. Заполняют графы 1, 2 и 4 табл.7, т.е. записывают номера участков, тепловые нагрузки и длины участков.

В графе 3 проставляется расход воды на участке, который определяется по формуле (26).

8. Ориентируясь на значение R_СР по [6, прил.6], определяют диаметры труб участков (графа 5 расчетной табл. 7), действительные удельные потери давления на трение R (графа 7) и скорость движения воды (графа 6). Необходимо следить за тем, чтобы скорость движения воды не превышала предельно допустимых значений [6]. Умножая величину «R» на длину «l», получают значение Rl участка (графа 8).

Потери давления в местных сопротивлениях Z, Па, определяют по формуле

, (32)

где Σ ζ; - сумма коэффициентов местного сопротивления (к.м.с.) на участке, определяемая по [6, прил. 5] в соответствии с данными табл. 8, составленными на основании расчетной схемы системы отопления (рис. 4.6); V – скорость движения воды, м/с; ρ; – плотность воды, кг/м³; Р_ДИН – динамическое давление, Па, определяемое по [6, прил.7].

Значение к.м.с. заносят в графу 9 табл. 7, а значения Р_ДИН в графу 10.

Величину потерь давления в местных сопротивлениях Z записывают в графу 11, а в графу 12 – сумму потерь давления Rl + Z.

Общие потери давления в основном циркуляционном кольце Σ(Rl + Z) _ОЦК, полученные путем суммирования потерь давления на трение и в местных сопротивлениях на всех участках основного циркуляционного кольца (графа 12, табл. 7), сопоставляют с расчетным циркуляционным давлением.

Расчет основного циркуляционного кольца считается законченным, если выполняется условие

. (33)

Действительный запас расчетного давления, %, вычисляют по формуле

. (34)

Если запас меньше 5 % или больше 10 %, то изменяют диаметры трубопроводов отдельных участков кольца циркуляции таким образом, чтобы потери давления соответственно увеличились (при уменьшении диаметров труб) или уменьшились (при увеличении диаметров).

Пример 4.1. Выполнить гидравлический расчет двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и тупиковым движением воды (рис. 4.6).

Система отопления присоединена к тепловой сети через элеватор. Располагаемое давление в тепловой сети на вводе в здание Р_П – Р_О =52,5 кПа. Температура воды в подающей магистрали тепловой сети - Т_Г =150 ^оС, в обратной - Т_О =70 ^оС.

Тепловые нагрузки, длина участков и другие расчетные данные показаны на рис. 4.6.

Решение. По формулам (29), (28), (30) определяем следующие параметры:

;

кПа = 6152 Па;

Па.

По формуле (27) находим расчетное располагаемое давление для системы отопления

Рис. 4.6. Расчетная схема системы отопления

Таблица 7

Гидравлический расчет трубопроводов системы водяного отопления

Номер участка	Тепловая нагрузка, Q, Вт	Расход теплоносителя, G, кг/ч	Длина участка, l, м	Диаметр, d, мм	Скорость воды, V, м/с	Удельные потери на трение, R, Па/м	Потери давления на трение, Rl, Па	Сумма коэф. местных сопротивлений, Σ ζ;	Динамическое давление, РДИН, Па	Потери давление в местных сопротивлениях, Z, Па	Суммарные потери, Rl + Z, Па
			12,8		0,41			4,5	82,37
			4,3		0,37			1,5	67,67
			1,5		0,30			1,5	44,13
			5,8		0,23			1,0	26,48
			4,5		0,31			2,5	47,08
6			10,3		0,15			8,0	11,08
			3,0		0,10			2,0	4,9
			3,0		0,05	3,2		2,0	1,23	2,0
			0,8		0,03	1,7	1,0	6,5	0,45	3,0
			0,9		0,03	1,7	1,0	4,0	0,45	2,0
			8,5		0,15			6,5	11,08
			4,5		0,31			1,0	47,08
			5,8		0,23			1,0	26,48
			1,5		0,30			3,0	44,13
			5,4		0,37			3,0	67,67
			1,8		0,41			1,5	82,37
Итого Σ l =74,3 Σ(Rl + Z) ОЦК =6063

Таблица 8

Местные сопротивления и их коэффициенты на участках

основного циркуляционного кольца

Но- мер участка	Диаметр d, мм	Наименование местных сопротивлений	Коэффициенты местных сопротивлений	Сумма коэффициентов местных сопротивлений
		Задвижка, четыре отвода	0,5 1·4=4	0,5+4=4,5
		Тройник на ответвлении	1,5	1,5
		Тройник на ответвлении	1,5	1,5
		Тройник на проходе
		Тройник на проходе, внезапное расширение, внезапное сужение	0,5	1+1+0,5=2,5
		Тройник на проходе, кран проходной, два отвода	2·1,5=3	1+4+3=8
		Крестовина на проходе
		Крестовина на проходе
		Тройник на ответвление, кран двойной регулировки, ½ радиатора	1,5	1,5+4+1=6,5
		½ радиатора, крестовина на ответвлении		1+3=4
		Кран проходной, отвод, тройник на проходе	1,5	4+1,5+1=6,5
		Тройник на проходе
		Тройник на проходе
		Тройник на противотоке
		Тройник на противотоке
		Отвод, задвижка	0,5	1+0,5=1,5

 

Па.

Определяем среднее значение удельной линейной потери давления на трение в основном циркуляционном кольце по формуле (30)

Па/м.

Дальнейший расчет сводится в табл. 7. Приведенные в табл. 7 данные получены по [9, прил. II].

Коэффициенты местных сопротивлений (графа 9, табл. 7), принятые по [6, прил. 5], приведены в табл. 8.

В графу 10 табл.7 заносим значение Р_ДИН, принимаемое по [6, прил.7] при соответствующей скорости движения теплоносителя на каждом участке.

По формуле (34) определяем запас расчетного давления:

%, что допустимо.