10374

горизонтальной оцинкованной трубой dy = 15 мм с одной воздушной петлей h = 500 мм, которая соединяется с вертикальным непроточным воздухосборником или с трубами открытого расширительного бака.

Ввертикальных однотрубных системах многоэтажных зданий с П-образными и бифилярными стояками наверху каждого стояка можно устанавливать только один воздушный кран и пользоваться им только при спуске воды из стояка. При наполнении системы воздух можно удалять в основании нисходящей части стояков путем выдавливания его водой.

3.5.7.Расширительный бак

Вкрупных системах водяного отопления группы зданий расширительные баки не устанавливают, а гидростатическое давление регулируется при помощи постоянно действующих подпиточных насосов. Поэтому расширительные баки применяют в системах водяного отопления одного или нескольких зданий при их тепловой мощности до 6 МВт.

Открытый расширительный бак размещают над верхней точкой системы отопления на расстоянии не менее 1,0 м в чердачном помещении или в лестничной клетке.

Расширительный сосуд изготовляют стандартных размеров, цилиндрическим или прямоугольным, из листовой стали толщиной 3 . . . 4 мм. Конструкция расширительного бака представлена на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Конструкция расширительного бака

Для нормальной работы системы к расширительному сосуду присоединяют трубы: циркуляционную 1 диаметром dy = 20...25 мм, расширительную 2 dy = 25...32 мм, переливную 3 dy = 32...50 мм, контрольную 4 dy = 20 мм, патрубок с пробкой 5.

Трубы диаметром dy = 20…32 мм применяют для расширительных баков вместимостью от 100 до 500 л; диаметром dy = 25…50 мм – вместимостью 600...4000 л.

Полезный объем расширительного бака Vпол, м3, соответствующий увеличению объема воды в системе VС, м3, определяют по формуле:

где k – коэффициент объемного расширения воды (табл. 3.11).

Общий объем воды в системе отопления Vс, м3, определяют по формуле:

где Vпр, Vкал, Vтр, Vкот – объем воды, м3, соответственно в приборах, калориферах, трубах, котлах, приходящийся на 1 кВт тепловой мощности системы отопления.

270

Таблица 3.11

Объемное расширение воды, нагреваемой в системе отопления (в долях первоначального объема)

3.5.8. Изоляция трубопроводов

Для уменьшения бесполезных теплопотерь отопительные трубопроводы покрывают тепловой изоляцией. Обязательно теплоизолируют трубопроводы, проходящие в неотапливаемых помещениях, главные стояки систем отопления с верхней разводкой, трубопроводы, проходящие в подпольных каналах, расширительные баки, воздухосборники и воздухоотводчики, размещаемые в неотапливаемых помещениях. Предусматривают тепловую изоляцию, согласно СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003» [77], во избежание перегревания помещений или ожогов людей.

3.6. Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления

Задача гидравлического расчета состоит в определении диаметров труб на отдельных участках при заданных расходах воды и давлениях.

Гидравлический расчет выполняют по пространственной (аксонометрической) схеме системы отопления с помощью таблицы. На схеме системы определяют циркуляционные кольца, делят их на участки и наносят тепловые нагрузки.

Расход воды на участке при расчетной разности температуры воды в системе Gyч, кг/ч,

271

определяют по формуле:

где Qуч – тепловая нагрузка участка системы отопления, Вт; св – удельная массовая теплоемкость воды, кДж/(кг∙°С);

tг – температура воды в подающем трубопроводе системы отопления, °С; tо – температура воды в обратном трубопроводе системы отопления, °С.

При расчете системы отопления за главное (наиболее невыгодно расположенное в гидравлическом отношении) циркуляционное кольцо принимают то, для которого располагаемое циркуляционное давление на 1 м длины трубопровода окажется наименьшим. В тупиковых схемах двухтрубных систем главным обычно оказывается циркуляционное кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка.

Если значение располагаемого давления задано, тогда ориентируются на него; в противном случае ориентируются на допустимые скорости воды в трубопроводах. Окончательные значения диаметров получают после увязки полуколец. В системах отопления такую неувязку допускают в диапазоне ±15 %.

Существуют различные методы гидравлического расчета систем водяного отопления. В методических указаниях рассматривается метод расчета трубопроводов по удельным потерям давления на трение. Он заключается в раздельном определении потерь давления на трение и в местных сопротивлениях.

Расчет начинают с определения ориентировочного значения удельных потерь давления Rот, Па/м, на трение по формуле:

от l

где 0,9 – уменьшающий коэффициент неучтенных в расчете гидравлических сопротивлений;

k – доля потерь давления на трение, принимаемая для систем с искусственной циркуляцией –

где Рн – давление, создаваемое насосом или элеватором, Па;

B – коэффициент, определяющий долю максимального гравитационного давления для расчетных условий; принимают: для двухтрубных систем B = 0,4...0,5; для однотрубных систем B = 1;

Ре – располагаемое естественное циркуляционное давление от остывания воды в приборах, Па; Ре.тр – дополнительное гравитационное давление от охлаждения воды в трубопроводах, Па.

где g – ускорение свободного падения, м/с2;

h – расстояние по вертикали между точками нагрева и охлаждения воды, м; ρо, ρг – плотности охлажденной и нагретой воды, кг/м3.

Динамическое давление Рдин, Па, определяется по формуле:

где ρср, v – соответственно средняя плотность воды, кг/м3, и скорость движения воды на участке, м/с.

272

Дополнительное гравитационное давление от охлаждения воды в трубопроводе определяют по формуле (3.45), его важно учитывать при расчете небольших систем с естественной циркуляцией.

Расчет начинают с определения ориентировочного значения удельных потерь давления на трение Rот по формуле (3.43).

Найденная величина Rот является приближенной, но весьма удобной для ориентирования. Для более точных расчетов рекомендуется пользоваться специальными таблицами [20]. При подборе диаметров труб для конкретных участков могут применяться величины, большие или меньшие Rот. Найдя по таблицам полученное значение R или близкое к нему, определяют заданный расход воды G. Графа таблицы, в которой найдено значение заданного расхода, укажет, какому диаметру он соответствует. Под значением расхода в таблице приведена скорость движения воды v, которая не должна превышать допустимые значения по [2]. Произведение Rl дает значение потерь давления на трение на данном участке. По формуле (3.46) определяют значение динамического давления, при умножении которого на сумму коэффициентов местных сопротивлений [20], получают потери давления Z в местных сопротивлениях на рассчитываемом участке.

3.6.1. Порядок гидравлического расчета систем водяного отопления с естественной циркуляцией воды

Систему гравитационного водяного отопления для увеличения естественного циркуляционного давления желательно устраивать с верхней разводкой магистралей. Расчетное циркуляционное давление Pр, Па, определяют для таких систем по формуле:

где Pпр – естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в отопительных приборах, Па;

Pтр – естественное циркуляционное давление, вызываемое охлаждением воды в трубопроводах, Па.

где g – ускорение свободного падения, м/с2;

h – расстояние по вертикали от центра нагревательного прибора до центра нагрева воды в теплогенераторе, м;

ρо, ρг – плотности охлажденной и нагретой воды, кг/м3.

где l – расстояние от главного стояка до расчетного, м; N – число этажей в здании, шт.;

n – показатель степени, зависящий от схемы рассматриваемой системы отопления (для одноэтажного здания n = 0,2).

Гидравлический расчет гравитационных систем водяного отопления обычно выполняют по способу удельных линейных потерь давления, выбирая основное циркуляционное кольцо по выражению:

где λ – коэффициент гидравлического трения, определяющий в долях гидродинамического давления (ρv2/2) линейную потерю гидростатического давления на длину трубы при заданном внутреннем диаметре dв;

dв – диаметр расчетного участка трубопровода, м; lуч – длина расчетного участка трубопровода, м;

∑ξуч – сумма коэффициентов местного сопротивления на участке, выражающая местные потери гидростатического давления в долях гидродинамического.

273

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

Эта формула отражает примерное равенство линейных и местных потерь давления в системах отопления с естественной циркуляцией воды. Для более точного определения значений R рекомендуется пользоваться таблицами [20].

Гидравлический расчет систем водяного отопления выполняют в табличной форме, приведенной ниже.

Таблица 3.13 Форма заполнения таблицы гидравлического расчета системы отопления

3.6.2.Порядок гидравлического расчета систем водяного отопления

смеханической циркуляцией воды

Исходными данными к гидравлическому расчету являются:

-результаты теплового баланса помещений и здания;

-расчетные параметры теплоносителя системы отопления tг и tо, °С;

-схема проектируемой системы отопления;

-принципиальные решения узлов системы отопления;

-типы принятых к установке отопительных приборов и способ их присоединения к системе отопления;

-схема теплового узла; гидравлические характеристики оборудования теплового узла (теплообменника, фильтров, регулирующих клапанов, запорной арматуры и др.).

При местном теплоснабжении от индивидуальной котельной (или топочной) предварительно необходимо подобрать тип и количество котлов, выявить расчетный гидравлический режим их работы, а также требуемые характеристики регулирующих клапанов и фильтров, составить схему теплопроводов котельной, а также функциональную схему автоматизации топочной с учетом устройств автоматизации принятого типа котлов. При использовании гидравлического разделителя достаточно знать только его сопротивление, состоящее из суммы потерь на местные сопротивления внезапного сужения и расширения, а также характеристики регулирующих клапанов, фильтров и другого оборудования теплового пункта.

При зависимой схеме присоединения системы отопления к тепловым сетям централизованного теплоснабжения необходимо предварительно выбрать тип узла смешения, составить схему теплового узла, подобрать его оборудование и выявить гидравлические характеристики всех элементов.

При независимой схеме присоединения системы отопления к тепловым сетям централизованного теплоснабжения предварительно необходимо разработать схему теплового узла и подобрать основные элементы оборудования, выявить их гидравлические характеристики,

атакже подобрать теплообменник и определить его гидравлическое сопротивление. Используют скоростные теплообменники – гладкотрубные, спирально-трубные, пластинчатые. Фирмыпроизводители теплообменников сопровождают свою продукцию соответствующим программным обеспечением для подбора теплообменника и определения его тепловых и гидравлических характеристик.

274

Исходными сведениями при подборе теплообменника, как правило, являются: расчетная тепловая мощность теплообменника, равная расчетной мощности системы отопления ∑Qt; расчетные температуры первичного теплоносителя Tг и Tо, оС; расчетные температуры вторичного теплоносителя (системы отопления) tг и tо, °С; располагаемый перепад давления на вводе тепловых сетей в тепловой пункт здания ∆Ртс, МПа или бар. Последний параметр является контрольным, так как при выборе теплообменника необходимо удостовериться, чтобы величина ∆Ртс была больше на 10 % по сравнению с суммарными потерями давления со стороны первичного теплоносителя (теплообменника ∆Рто, расходомера счетчика теплоты, регулятора перепада давления или регулятора давления, фильтров, арматуры и трубопроводов). До выполнения гидравлического расчета системы отопления следует разработать комплексную функциональную схему автоматизации системы отопления и теплового пункта, которая после выполнения проекта отопления и вентиляции здания станет основой для составления «Задания на разработку проекта автоматизации системы отопления и вентиляции здания».

3.6.3. Основные принципы гидравлического расчета системы отопления

Бесшумность работы проектируемой системы отопления необходимо обеспечить при любых режимах ее эксплуатации. Механический шум возникает из-за температурного удлинения трубопроводов при отсутствии компенсаторов и неподвижных опор на магистралях и стояках системы отопления. При использовании стальных или медных труб шум распространяется по всей системе отопления, независимо от расстояния до источника шума вследствие высокой звукопроводности металлов.

Гидравлический шум возникает из-за значительной турбулизации потока, возникающей при повышенной скорости движения воды в трубопроводах и при значительном дросселировании потока теплоносителя регулирующим клапаном. Поэтому на всех этапах конструирования и гидравлического расчета системы отопления, при подборе каждого регулирующего и балансового клапанов, при подборе теплообменников и насосов, при анализе температурных удлинений трубопроводов необходимо учитывать возможный источник и уровень возникающего шума с целью выбора соответствующего для задаваемых исходных условий оборудования и арматуры.

Целью гидравлического расчета, при условии использования располагаемого перепада давления на вводе системы отопления, является:

-определение диаметров участков системы отопления;

-подбор регулирующих клапанов, устанавливаемых на ветках, стояках и подводках отопительных приборов;

-подбор перепускных, разделительных и смесительных клапанов;

-подбор балансовых клапанов и определение величины их гидравлической настройки. При пусковой наладке системы отопления балансовые клапаны настраиваются на

проектные параметры настройки.

Прежде, чем приступить к гидравлическому расчету, необходимо на схеме системы отопления обозначить расчетную тепловую нагрузку каждого отопительного прибора, равную тепловой расчетной нагрузке помещения Qпом. При наличии двух и более отопительных приборов в помещении необходимо разделить величину расчетной нагрузки Qпом между ними.

Затем следует выбрать основное расчетное циркуляционное кольцо. Каждое циркуляционное кольцо системы отопления представляет собой замкнутый контур последовательных участков, начиная от напорного патрубка циркуляционного насоса и заканчивая всасывающим патрубком циркуляционного насоса.

В однотрубной системе отопления количество циркуляционных колец равно числу стояков или горизонтальных веток, а в двухтрубной – количеству отопительных приборов. Балансовые клапаны необходимо предусматривать для каждого циркуляционного кольца. Поэтому в однотрубной системе отопления количество балансовых клапанов равно числу

275

стояков или горизонтальных веток, а в двухтрубной – количеству отопительных приборов, где балансовые вентили устанавливают на обратной подводке отопительного прибора.

В качестве основного расчетного циркуляционного кольца принимают:

-в системах с попутным движением теплоносителя в магистралях: для однотрубных систем – кольцо через наиболее нагруженный стояк, для двухтрубных систем – кольцо через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного стояка. Затем выполняется расчет циркуляционных колец через крайние стояки (ближний и дальний);

-в системах с тупиковым движением теплоносителя в магистралях: для однотрубных систем – кольцо через наиболее нагруженный из самых удаленных стояков, для двухтрубных систем – кольцо через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного из самых удаленных стояков. Затем выполняется расчет остальных циркуляционных колец;

-в горизонтальных системах отопления;

-кольцо через наиболее нагруженную ветвь нижнего этажа здания.

Следует выбрать одно из двух направлений гидравлического расчета основного циркуляционного кольца.

Первое направление гидравлического расчета состоит в том, что диаметры труб и потери давления в кольце определяются по задаваемой оптимальной скорости движения теплоносителя на каждом участке основного циркуляционного кольца с последующим подбором циркуляционного насоса. Скорость теплоносителя в горизонтально проложенных трубах следует принимать не ниже 0,25 м/с, чтобы обеспечить удаление воздуха из них. Рекомендуется принимать оптимальную расчетную скорость движения теплоносителя для стальных труб – до 0,3...0,5 м/с, для медных и полимерных труб – до 0,5...0,7 м/с, при этом ограничиваясь величиной удельной потери давления на трение R не более 100...200 Па/м. Максимально допустимые значения скорости воды, обеспечивающие бесшумность работы системы, приведены в табл. 3.14.

На основании результатов расчета основного кольца производится расчет остальных циркуляционных колец путем определения располагаемого давления в них и подбора диаметров по ориентировочной величине удельных потерь давления Rср (методом удельных потерь давления).

Первое направление расчета применяется, как правило, для систем с местным теплогенератором, для систем отопления при их независимом присоединении к тепловым сетям, для систем отопления при зависимом присоединении к тепловым сетям, но недостаточном располагаемом давлении на вводе тепловых сетей (кроме узлов смешения с элеватором).

Требуемый напор циркуляционного насоса Рн, Па, необходимый для подбора типоразмера

где ∆Pс.о. – потери давления в основном расчетном циркуляционном кольце, Па;

Ре – естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в отопительных приборах и трубах циркуляционного кольца, Па.

276

Второе направление гидравлического расчета состоит в том, что подбор диаметров труб на расчетных участках и определение потерь давления в циркуляционном кольце производится по изначально заданной величине располагаемого циркуляционного давления для системы отопления. В этом случае диаметры участков подбираются по ориентировочной величине удельных потерь давления Rср (методом удельных потерь давления). По такому принципу проводится расчет систем отопления с естественной циркуляцией, систем отопления с зависимым присоединении к тепловым сетям (со смешением в элеваторе; со смесительным насосом на перемычке при достаточном располагаемом давлении на вводе тепловых сетей; без смешения при достаточном располагаемом давлении на вводе тепловых сетей).

В качестве исходного параметра гидравлического расчета необходимо определить величину располагаемого циркуляционного перепада давления ∆Pр, которое в системах естественной циркуляцией равно

ав насосных системах определяется в зависимости от вида системы отопления:

-для вертикальных однотрубных и бифилярных систем по формуле:

3.6.4. Последовательность гидравлического расчета системы отопления и подбора регулирующих и балансовых клапанов

Рекомендуется следующая последовательность выполнения расчета основного циркуляционного кольца:

-кольцо разбивают на последовательные участки. Участком называют часть трубопровода циркуляционного кольца постоянного диаметра с постоянным расходом теплоносителя. Участки нумеруют, определяют их длину с точностью 0,1 м, вычисляют расчетную тепловую нагрузку участков Qt, вычисляют расчетный расход теплоносителя G в расчетном участке;

-если принимается первое направление расчета, то диаметры участков подбирают по расчетному расходу теплоносителя G, задавшись оптимальной скоростью движения теплоносителя. При этом рекомендуется ограничиваться величиной удельной потери давления на трение R не более 100...200 Па/м;

-если выбрано второе направление расчета, то диаметры участков подбирают методом удельных потерь по расчетному расходу теплоносителя G на участке, ориентируясь либо по средней величине удельных потерь давления Rср., либо по задаваемой скорости воды с последующим подбором балансовых клапанов на требуемое сопротивление клапана;

-суммарные потери давления в системе отопления ∆Pс.о, определяют по формуле:

теплового узла (в открытом состоянии), расходомерах теплового узла и другого оборудовании, Па;

Σ∆Pуч. – сумма потерь давления в последовательных расчетных участках расчетного циркуляционного кольца, Па;

∆Pрег.уч. – потери давления на «регулируемом участке» расчетного циркуляционного кольца, Па. Характер распределения потерь давления в циркуляционном кольце показан на рис. 3.9. «Регулируемым участком» циркуляционного кольца является та часть трубопровода с

отопительными приборами и арматурой, на которую оказывает влияние работа балансовых, термостатических или регулирующих клапанов.

В двухтрубных системах отопления «регулируемым участком» является отопительный прибор с подводками, арматурой и т. п.

278