Гидравлический расчет циркуляционного кольца системы отопления.

Самым невыгодным циркуляционным кольцом для тупиковых систем является кольцо через наиболее удалённый стояк. Это кольцо является основным (расчётным) и его рассчитываем в первую очередь.

Расчётным участком расчетного циркуляционного кольца считаем часть трубопровода магистрали и ответвлений с постоянным расходом и скоростью теплоносителя. Порядковые номера расчетных участков проставлены по ходу теплоносителя от теплового пункта до конечного нагревательного прибора и обратно.

Найдем расчетное циркуляционное давление в кольце ∆P_рц, Н/м²(Па):

Для систем отопления с насосной циркуляцией присоединяемых через элеватор:

где

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

h – расстояние по вертикале от центра подогревателя, расположенного в подвале, до центра нагревательного прибора нижнего яруса, присоединенного к стояку, через который проходит расчетное циркуляционное кольцо, м;

ρ₀ – плотность обратной воды (при t₀ = 70⁰С; ρ₀ = 977,8 кг/м³);

ρ_г – плотность горячей воды (при t₀ = 95⁰С; ρ_г = 961,9 кг/м³);

- давление создаваемое насосом для систем произвольной протяженности

- давление создаваемое элеватором

Найдем циркуляционное давление в кольце:

∆P_рц = 1,6·10⁴+0,5·(1,3·2·3,6·(95⁰С-70⁰С) = 16117 Па

Тепловую нагрузку каждого расчётного участка Q_уч определяем как требуемый тепловой поток теплоносителя G_учc_w(t_г–t_о), обеспечивающий теплоотдачу всех присоединенных к нему отопительных приборов. Если расчет вести от ввода горячей воды в систему (участок 1), то тепловая нагрузка каждого последующего участка меньше тепловой нагрузки предшествующего на величину отведенного теплового потока.

Результаты гидравлического расчета участков циркуляционного кольца сведены в таблицу (табл.4.). Графы 1, 2 и 4 заполняем по данным расчетной схемы отопления. В графе 3 указан расход теплоносителя для каждого участка, кг/ч,

G_уч = Q_уч 3600 / c_w (t_г – t_о),

где c_w ≈ 4190 Дж /(кг⁰С) – средняя теплоемкость воды в интервале температур t_о - t_г.

Для заполнения граф 5, 6 и 7 необходимо предварительно определить среднюю для кольца удельную потерю давления на трение, Па/м

R_ср = β ∆P_рц / Σl,

Σl = 97,43

где β – коэффициент, учитывающий долю потери давления преодоление сопротивления трения от расчетного циркуляционного давления в кольце: β = 0,65 – для систем с элеватором.

R_ср = (0,6516117) / 97,43 = 107,5 Па/м.

Фактическая удельная потеря давления на трение Rуч (графа 7) должна быть близка к Rср.

Гидравлический расчет одного расчетного кольца состоит в подборе диаметра каждого участка, входящего в это кольцо (исходя из значения R_ср), определении фактических потерь давления на каждом участке и суммарных потерь давления в кольце. При этом учитываем следующее.

Потери давления на участке трубопровода

∆P = ∆P_тр +∆P_м =Rl + ∆P_м,

где ∆P_тр – потери давления на трение, Па;

∆P_м – потери давления в местных сопротивлениях, Па;

R = ∆P/l – удельная линейная потеря давления на трение, Па/м.

Согласно формуле (*) в [1] стр.31.

R = λ_тр(l/d)(ρw²/2),

где λ_тр – коэффициент гидравлического трения;

d – Гидравлический диаметр канала (трубы), м;

ρ – плотность воды, кг/м³;

w – средняя (по расходу) скорость воды, м/с.

Учитывая, что

w = G / ρf = 4G/πd²ρ (для труб f = πd²/4),

получим

R = 0,812λ_трG²/ρd⁵.

Аналитический метод определения величины R является весьма трудоемким, требует сложных расчетов. Поэтому используем приведенную на рис.3 [1] стр.38. номограмму.

Выполним расчет:

1. По величинам R_ср и G_уч определяем диаметр трубы участка d_уч, округляя его до ближайшего значения изготавливаемых труб (по ГОСТу). Так как в номограмме используются значения в единицах технической системы измерений, то переведем наше значение R_ср, согласно: 1 кгс = 9,81 Н, то 1 кгс/м² = 9,81 Н/м (Па);

2. R_ср = 107,5 / 9,81= 11 кгс/м².

По выбранному диаметру d_уч и расходу G_уч, пользуясь номограммой, находят фактическую скорость движения воды на участке w_уч, м/с и фактическую удельную потерю давления на участке R_уч, Па/м. для определения w_уч можно также воспользоваться формулой:

w_уч = G_уч 4/ρ_wπd²_уч 3600.

2. Потери давления на трение, Па

∆P_тр = R_уч l_уч.

Результат сведен в таблицу 4.

2. Потери давления в местных сопротивлениях ∆P_м = Z_уч, Па для каждого участка определяют по формуле

Z_уч = ∑ξ_уч (ρ_ww²_уч)/2,

где ∑ξ_уч – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Значения ξ для различных видов местных сопротивлений в системах отопления (вентили, тройники, крестовины, скобы, внезапные расширения и сужения и др.) приведены в [2, прил.10].

Если местное сопротивление расположено на стыке двух смежных участков, его относят к участку с меньшим расходом теплоносителя.

ξ - коэффициенты местных сопротивлений на участках.

№ участка/диаметр, мм	Наименование и тип потерь	Местное сопротивление
1 15	½ отопительного прибора	1
	Крестовина ответвления	1,5
	Вентиль (кран двойной регулировки)	4
	Итого	6,5
2 15	Тройник ответвления	1,5
	Итого	1,5
3 20	Поворот	1,5*3
	Вентиль	1,5
	Итого	6
4 20	Поворот на 900	1
	Вентиль запорный	3
	Итого	4
5 25	Отвод на 900	1
	Тройник ответвления	1,5
	Итого	2,5
6 32	Тройник ответвления	1
	Итого	1
7 32	Тройник ответвления	1
	Итого	1
8 32	Поворот	1*4
	Ввод на элеватор	1,5
	Итого	5,5
9 32	Тройник ответвления	1
	Поворот	1
	Итого	2
10 32	Тройник	1
	Поворот	1
	Итого
11 32	Тройник	1
	Итого	1
12 32	Тройник ответвления	1
	Поворот	1
	Итого	2
13 32	Тройник ответвления	1
	Поворот	1
	Итого	2
14 25	Поворот	1*2
	Тройник ответвления	1
	Итого	3
15 20	Тройник ответвления	1,5
	Итого	1,5
16 20	½ отопительного прибора	1
	Скоба	3
	Итого	4
17 15	Тройник ответвления	1,5
18 15	½ отопительного прибора	1
	Крестовина ответвления	1,5
	Вентиль (кран двойной регулировки)	4
	Итого	6,5

4. Общие потери давления на участке, Па

(Rl + Z)_уч,

Результаты расчетов представлены в таблице 4.

5. Сравнивают общие потери давления в кольце Σ(Rl + Z)_уч с расчетным циркуляционным давлением в этом кольце ∆P_рц. Должно выполняться условие

Σ(Rl + Z)_уч ≤ ∆P_рц.

Сравним общие потери давления:

6692,86 ≤ 6834,5

Первоначальный запас:

(6834,5 – 6692,86) / 6834,5 = 2,1%

На не учтенные местные сопротивления и неточности в монтаже системы можно оставлять некоторый запас, но не более 10%. Если этот запас окажется большим или общие потери давления в кольце превысят циркуляционное давление, то следует произвести перерасчет циркуляционного кольца, изменив соответственно диаметры некоторых участков. В нашем случае он составляет 2,1%, что удовлетворяет условиям.