10343

90

приборах системы отопления.

7.3. Гидравлический расчет системы водяного отопления по удельной линейной потере давления

Расчет начинают с основного циркуляционного кольца системы.

Основным считают циркуляционное кольцо, в котором расчетное циркуляционное давление рр, приходящееся на единицу длины кольца l,

имеет наименьшее значение, т.е.:

В вертикальных однотрубных системах – это кольцо через наиболее нагруженный стояк из удаленных от теплового пункта стояков при тупиковом движении воды или через наиболее нагруженный стояк, но из любого из средних стояков при попутном движении воды в магистралях. В вертикальных двухтрубных системах – это кольцо через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного из удаленных от теплового пункта стояков при тупиковом движении воды или наиболее нагруженного из любого из средних стояков при попутном движении воды в магистралях.

При выборе диаметра труб в циркуляционном кольце исходят из принятого расхода воды и среднего ориентировочного значения удельной линейной потери давления Rср, Па/м, определяемого по формуле (считая потери давления на трение равными 65% от рр):

Rср = 0,65 рр / l, (7.16)

где l – общая длина последовательно соединенных участков,

составляющих основное циркуляционное кольцо, м.

Потери давления в основном циркуляционном кольце, состоящем из N

последовательно соединенных участков, рассчитанные рассмотренным выше способом по формуле (7.7):

91

т.е. они должны быть меньше расчетного циркуляционного давления рр

на 5…10%. Этот запас учитывает дополнительные потери давления вследствие отступления от проекта при монтаже системы.

На рис. 7.1 двойными линиями показаны участки основных циркуляционных колец систем отопления с тупиковым (рис. 7.1, а) и попутным

(рис. 7.1, б) движением воды в магистралях. Цифрами 1…7 отмечены точки присоединения соответствующих стояков к подающей магистрали, цифрами

1′...7′ - к обратной магистрали. На рисунке движение воды осуществляется от точки А к точке Б. Гидравлический расчет основного циркуляционного кольца систем с тупиковым движением воды дает возможность установить изменение давления по всей длине подающих и обратных магистралей. После расчета строят эпюру циркуляционного давления в магистралях. По горизонтали наносят длины участков магистралей и отмечают номера стояков.

По вертикали откладывают потери давления на участках магистралей и в стояке (стояк 7 на рисунке 7.1), входящем в основное циркуляционное кольцо

(рисунок 7.2). Падение циркуляционного давления по длине каждого участка магистралей считают равномерным (изображено на рисунке наклонными сплошными линиями).

Общие потери давления на всех участках стояка 7 выражены вертикальным отрезком 7…7′. По эпюре выявляют располагаемое циркуляционное давление в точках присоединения к магистралям промежуточных стояков (стояков 1…6), входящих в остальные циркуляционные кольца, к расчету которых переходят после расчета основного циркуляционного кольца.

92

Рис. 7.1. Расчетные схемы циркуляционных колец вертикальных систем отопления: а – с тупиковым движением воды в магистралях; б – с попутным движением воды в магистрали

93

Рис. 7.2. Эпюра циркуляционного давления в системе отопления с тупиковым движением воды в магистралях: 1…7 – точки подключения стояков к магистралям

Эти циркуляционные кольца состоят из общих участков основного кольца (уже рассчитанных) и дополнительных (не общих), еще не рассчитанных участков. Их гидравлический расчет проводится с увязкой потерь давления.

Термин «увязка» означает получение равенства потерь давления на параллельно соединенных дополнительных участках какого-либо рассматриваемого кольца и не общих участках основного кольца (согласно формуле 7.8).

Следовательно, в каждом новом кольце рассчитываются только дополнительные (не общие) участки, в данном случае – только промежуточные стояки.

Для увязки потери давления в любом промежуточном стояке должны равняться располагаемому циркуляционному давлению рр.ст, фактически заданному в результате расчета основного кольца (на эпюре выражено разностью давления в точках присоединения стояка к магистралям).

Таким образом, гидравлический расчет второстепенных циркуляционных колец в системе с тупиковым движение воды в магистралях сводится к расчету промежуточных стояков с получением равенства:

(7.18)

где р – располагаемое циркуляционное давление, полученное в результате расчета основного циркуляционного кольца.

Следовательно, располагаемое циркуляционное давление рр.ст равно потерям давления на участках основного кольца, замыкающих рассматриваемый стояк.

На рис. 7.2 показано, что потери давления в циркуляционных кольцах различной длины не одинаковы. Наибольшие потери давления имеют место в основном циркуляционном кольце через дальний от теплового пункта (и

наиболее нагруженный) стояк 7, наименьшие – в кольце через ближний стояк 1.

94

Избыток циркуляционного давления – невязка (изображенный на рисунке ординатой 1′-1′′) вызовет, если он превышает 0,15 рр.ст.1, недопустимое

перераспределение количества воды, протекающей в магистралях и стояках. В

результате возникает горизонтальное разрегулирование системы с отклонением от расчетных расхода и температуры воды, а также теплоотдачи нагревательных приборов. Во избежание разрегулирования системы потери давления (гидравлическое сопротивление) во всех циркуляционных кольцах можно привести в соответствии с расчетным циркуляционным давлением путем поглощения избытка давления дросселирующими диафрагмами на

где Gст – расчетный расход воды в стояке, кг/ч;

рд – избыток давления, который необходимо поглотить диафрагмой, Па, (например, для стояка 1 на рис. 7.1 согласно рис. 7.2 рд = р1′-1′′).

Применение диафрагмы должно быть крайней мерой для увязки стояков систем отопления, т.к. в месте ее установки (обычно у отключающего крана на выходе воды из стояка) возможен засор системы. В связи с этим диаметр диафрагмы должен быть не менее 3 мм. В соответствии с современными технологиями для целей гидравлической увязки применяют специальные балансировочные клапаны. Установленные на стояках, они автоматически обеспечивают располагаемое давление и, соответственно, расчетный расход воды в них.

При гидравлическом расчете системы отопления с попутным движением воды в магистралях эпюру циркуляционного давления строят после расчета не только основного, но и еще двух второстепенных циркуляционных колец – через ближний и дальний (от теплового пункта) стояки. Гидравлический расчет второстепенных колец, как уже известно, сводится к расчету только дополнительных (не общих) участков, не входящих в основное кольцо.

Например, для расчета дополнительных участков, относящихся к второстепенному циркуляционному кольцу через стояк 1 (рис. 7.1, б):

95

рр.ст.1 = (Rl+ Z)1-4-4′,

а через стояк 7

рр.ст.7 = (Rl+ Z)4-4′-7′.

В системах с попутным движением воды сравнительно легко при одинаковой длине циркуляционных колец добиться выполнения равенства по формуле (7.18). Поэтому невязка при расчете допустима не более 5 %.

7.4.Особенности гидравлического расчета систем отопления

сестественной циркуляцией воды

Системы водяного отопления для увеличения естественного циркуляционного давления устраивают, как уже известно, с верхней разводкой.

Гидравлический расчет системы обычно выполняют по способу удельной линейной потери давления, выбирая основное циркуляционное кольцо по выражению (7.15). Нередко основное кольцо проходит не через дальний, а

через ближний к тепловому пункту отопительный прибор, особенно в двухтрубных системах одноэтажных зданий.

Вспомогательную величину – среднее ориентировочное значение удельной линейной потери давления Rср, Па/м – определяют по формуле:

Rср = 0,5 рр / l. (7.20)

Формула (7.20) по структуре аналогична формуле (7.16). Она отражает примерное равенство линейных и местных потерь давления в системах отопления с естественной циркуляцией воды. Гидравлический расчет систем отопления проводят, пользуясь уже известными общепринятыми приемами, по правилам, описанным в разделе 7.3.

Предварительный гидравлический расчет проводят исходя из приблизительного значения расчетного циркуляционного давления ррп Па,

вычисляемого для двухтрубной системы отопления по эмпирической формуле

[5]:

изолированном главном стояке и неизолированных остальных трубах; b = 0,34

кг/м-4 – при изолированных главном стояке и обратной линии; b = 0,16 кг/м-4 –

при всех изолированных трубах;

hг – превышение подающей магистрали над центром нагревания воды в котле, м;

l – расстояние по горизонтали от расчетного стояка до котла, м;

h1 – расстояние по вертикали от центра отопительного прибора до центра нагревания воды в котле (со знаком плюс, если центр отопительных приборов расположен выше центра котла; со знаком минус, если центр отопительных приборов расположен ниже центра котла), м.

В формуле (7.21) знак «плюс» соответствует расположению центра охлаждения выше центра нагревания, знак «минус» – ниже центра нагревания.

Первый (и основной) член правой части формулы (7.21) выражает ориентировочное значение ре.тр – естественного циркуляционного давления,

возникающего вследствие охлаждения воды в теплопроводах. Вычислить его значение точно невозможно, так как еще неизвестны диаметр труб и температура воды в них. Второй член определяет значение ре.пр –

естественного циркуляционного давления, связанного с охлаждением воды в отопительных приборах, которое может способствовать или противодействовать циркуляции воды в системе. Предварительный гидравлический расчет выполняют, определяя расход воды по формуле (7.2) в

предположении, что теплопотери помещений возмещаются только приборами

(без учета теплоотдачи теплопроводов). После выбора диаметра труб и вычисления потерь давления в системе проводят тепловой расчет труб с получением значений температуры воды на участках системы. Тепловой расчет труб выполняется, исходя из следующих основных положений. Теплоотдача теплопровода Qтр на участке длиной lтр может быть найдена по следующей зависимости:

где qтр – теплоотдача 1 м вертикально или горизонтально проложенного теплопровода [6] при известной начальной температуре теплоносителя, т.е. по

разности температуры (tнач – tв).

Теплоотдачу Qтр можно считать равной изменению энтальпии теплоносителя воды при ее движении от начала до конца участка теплопровода:

где Gт – расход воды на участке, кг/ч;

tнач и tкон – температура воды соответственно в начале и конце участка, °С.

Найдем температуру воды в конце участка:

При тепловом расчете длинных участков расчет приходится для уточнения выполнять дважды, исходя при вторичном определении не из начальной, а из средней температуры воды на участке. Тепловой расчет начинают с первого участка от теплообменника, считая tнач = tг. Принимая найденную tкон в качестве tнач для последующего участка, продолжают расчет и таким путем определяют температуру (а, следовательно, и плотность) воды в

каждой узловой точке системы, в том числе при входе воды в приборы.

Уточняющий гидравлический расчет проводят, если обнаружится значительное расхождение между подсчитанными потерями давления в системе

98

только гидравлический расчет, но и тепловой расчет труб, т.е. фактически заново проводят весь расчет. При удачно выполненном предварительном гидравлическом расчете, когда рпот = (0,85…1,0) ррд, гидравлический и тепловой расчеты оставляют без изменений.

Данные теплового расчета труб используют при расчете площади отопительных приборов. Необходимую тепловую мощность Qпр каждого прибора вычисляют по уравнению:

где Qп – расчетная теплопотребность помещения;

kп Qтр – суммарная полезная теплоотдача имеющихся в помещении теплопроводов, известная из теплового расчета труб.

8. ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ И ИХ ОБОРУДОВАНИЕ

8.1. Теплоснабжение систем водяного отопления

Теплоисточником для системы водяного отопления являются местные водогрейные котельные (местное теплоснабжение), размещаемые в отапливаемом здании или близ него, и централизованные водяные системы теплоснабжения, при которых используется высокотемпературная вода,

поступающая в здание из отдаленных теплоисточников – ТЭЦ или центральной тепловой станции. В зависимости от источника теплоснабжения изменяются оборудование местных тепловых пунктов систем отопления и их принципиальные схемы (рис. 8.1).

Принципиальная схема системы насосного водяного отопления при местном теплоснабжении от собственной водогрейной котельной в отапливаемом здании показана на рисунке 8.1, а. Воду, нагреваемую в котлах,

перемещает циркуляционный насос, включенный в общую подающую или обратную магистраль, к которой, как изображено на схеме, присоединен также расширительный бак. Систему заполняют водой из водопровода. При

99

централизованном водяном теплоснабжении применяют три способа присоединения системы насосного водяного отопления к наружным теплопроводам.

Независимая схема присоединения системы насосного водяного отопления (рис. 8.1, б) близка по своим элементам к схеме при местном теплоснабжении. Лишь котлы заменяют теплообменниками и систему заполняют деаэрированной водой из наружной тепловой сети, используя высокое давление в ней или специальный подпиточный насос, если это давление недостаточно высоко.

При независимой схеме создается местный теплогидравлический режим в системе отопления при пониженной температуре греющей воды (tг t1).

Первичная вода после теплообменников должна иметь температуру выше температуры обратной воды в системе отопления (t2 tо). Если, например,

расчетная температура tо = 70оС, то для сокращения площади нагревательной поверхности теплообменников температура t2 должна быть не ниже 75 °С.

Преимуществом независимой схемы, кроме обеспечения теплогидравлического режима, индивидуального для каждого здания, является возможность сохранения циркуляции с использованием теплосодержания воды в течение некоторого времени, обычно достаточного для устранения аварийного повреждения наружных теплопроводов.

Зависимая схема присоединения системы отопления со смешением воды

(рис. 8.1, в) проще по конструкции и в обслуживании. Эту схему выбирают,

когда в системе требуется температура воды tг t1 и допускается повышение гидростатического давления до давления, под которым находится вода в наружном обратном теплопроводе.