§ 1.9. Гидравлический расчет систем водяного отопления

Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления проводится с целью определения суммарных потерь давления в циркуля­ционных кольцах и нахождения располагаемого давления в системе.

Для выполнения гидравлического расчета трубопроводов выбирается тип системы отопления и вычерчивается аксонометрическая схема, на которой приводятся все исходные данные. Перед вычерчиванием схемы проводится следующая расчетно–графическая работа:

– подсчитаны теплопотери каждого из помещений здания;

– выбран тип нагревательных приборов и определенное количество секций в каждом нагревательном приборе;

– на поэтажных планах размещены нагревательные приборы, определено месторасположение стояков, на планах чердака или подвала изображаются подающие и обратные магистрали;

– определено месторасположение теплового пункта.

На планах этажей, чердака и подвала стояки должны быть пронумерованы, а на аксонометрической схеме, кроме стояков, должны быть пронумерованы все расчетные участки трубопроводов с указанием тепловых нагрузок и длин каждого расчетного участка большого и малого циркуляционных колец. На этой же схеме показывается вся запорно–регулировочная аппаратура. На чертежах и аксонометрических схе­мах систем отопления и вентиляции обозначения элементов производится в соответствии с требованиями ГОСТа 11628-65 и ГОСТа ЕСКД. (см. табл.II.1.16, стр. 50-51).

Как известно из гидравлики, при движении жидкости по трубам всегда имеют место давления на преодоление сопротивление двух видов: трения и местных сопротивлений.

К местным сопротивлениям относятся тройники, крестовины, отводы, вентили, краны, нагревательные приборы, котлы, теплообменники и т.д.

Потери давления Р_Т, Па, на преодоление трения на участке трубопровода с постоянным расходом движущейся воды и неизменных диаметров определяются по формуле:

Где d – диаметр трубопровода, м;

λ – коэффициент гидравлического трения, величина безразмерная;

ω – скорость движения воды в трубопроводе, м/с;

ρ – плотность движущейся среды, кг/м³;

l – длина участка трубопровода, м;

R – удельная потеря давления, Па/м .

Потерю давления на преодоление местных сопротивлений, Па, определяют по формуле:

где – сумма коэффициентов сопротивлений на данном участке трубопровода, величина безразмерная, (стр. 53, табл.II.1.18),

– динамическое давление воды на данном участке трубопро­вода, Па.

Общее сопротивление, возникающее при движении воды в трубо­проводе циркуляционного кольца, включая отопительный прибор, котел и арматуру может быть определено по уравнению:

∑(R·l+Z)≤∑ΔP_P

где ∑(R·l·Z) – сумма потерь давления на трение, Па;

∑Z – сумме потерь давления в местных сопротивлениях, Па;

∑ΔP_P – располагаемое давление, Па;

Гидравлический расчет проводится для большого и малого циркуляционных колец.

Методика расчета

1. Вычерчивается принципиальная аксонометрическая схема системы отопления. Стояки, затеняющие чертёж, могут быть вынесены, а на схеме показаны только ответвления. На схеме указывают тепловые нагрузки на приборах, стояках, ответвлениях к стоякам.

2. За главное циркуляционное кольцо системы принимают при попутном движении воды в подающей и обратной магистралях кольцо, проходящее либо через нижний прибор наиболее нагруженного стояка, либо нижний прибор наиболее удаленного стояка.

3. Разбивается главное циркуляционное кольцо на участки. Расчетным участком системы называется часть трубопровода, в пределах которого расход теплоносителя и диаметр трубы остается неизменным. Нумеруются участки и указывают на них тепловые нагрузки. Под нагрузкой отдельных участков понимают количество тепла, которое теплоноситель, идущий по участку, должен отдать или уже отдал в нагревательные приборы системы. Нагрузку пишут в числителе дроби – около номера каждого участка, в знаменателе этой дроби проставляют длину участка.

4. Определяется расход воды через расчетные участки по тепловой нагрузке к разности температур теплоносителя в системе

,

где Q – тепловая нагрузка расчетного участка по теплоотда­че приборов, Вт;

– перепад температур воды в системе, ºC;

С – теплоемкость воды, кДж/(кг·k);

3,6 – коэффициент перевода единиц Вт в кДж/ч.;

5. Определяется расчетное циркуляционное давление для главного циркуляционного кольца:

ΔР_Р=Р_Н+β·ΔР_е,

где Р_Н – давление, создаваемое насосом или элеватором, которое приближенно находится из следующего выражения:

Р_Н=80∑l

∑l – сумма длин участков расчетного кольца, м

β – поправочный коэффициент для двухтрубных систем принимается равным 0,5 0,7;

ΔР_е – естественное давление, Па, определяется по формуле:

а) Нижняя разводка

ΔР_е=h·(ρ₀-ρ_r)·g

б) Верхняя разводка

ΔР_е=h·(ρ₀-ρ_r)·g+ Р_TP

где h – вертикальное расстояние от центра нагрева воды до центра охлаждения воды в нагревательном приборе первого этажа, м;

ρ₀ и ρ_r – плотность соответственно охлажденной и горячей воды, кг/м, определяемое по табл. II.1.20 стр.55;

Р_TP – Дополнительное давление от остывания воды в трубах, Па, табл.II.1.22, стр. 56.

6. Определяется возможная средняя удельная потеря давления на трение R_CP на 1м длины кольца:

,

где – располагаемое давление для расчета систем отопления.

=Р_Э+0,5·h·g· (ρ_X–ρ_r), Па;

к – доля потерь давления на трение, принимаемая для систем с естественной циркуляцией, равной 0,5 , для систем с искусственной циркуляцией, равной 0,65;

– сумма длин рассчитываемых участков, для которых давление является располагаемым.

7. Ориентируясь на полученное значение и количество воды, протекающее по каждому расчетному участку с помощью номограммы (приложение II.1.23, стр. 57), подобрать оптимальные диаметры труб расчетного кольца.

Номограмма, связывающая значения R, d, G, ω, представлена на стр. 57 приложение II.1.23. В левой частя номограммы имеется логарифмическая сетка для определения величины местных сопротивлений, Па.

Пользование номограммой не представляет затруднений. По точке пересечения G и d находится на наклонной линии сопротивление R трения на 1м. Максимально допустимые скорости движения воды приведены в табл.II.1.21, стр.55, а линии скорости движения воды находят из приложения II.1.23.

По известной скорости ω и сумме местных, гидравлических сопротивлений ∑ξ стр. 51, табл.II.1.18 на наклон­ной линии потерь на местных сопротивлениях определяется Z потеря давления на преодоление местных сопротивлений.

В табл.II.1.19, стр. 52 приведен пример определения местных сопротивлений отдельных участков в Ц.К.

8. Общее сопротивление, возникавшее при движении воды в трубопроводе циркуляционного кольца, включая отопительные приборы, котёл и арматуру, может быть представлено как сумма потерь давления на трение ∑R·l и сумма потерь в местных сопротивлениях уравнением ∑(R·l+Z)≤ ∑ΔP_P

9.Все данные, полученные при расчете трубопровода, занося­тся в специальную таблицу (стр. 58, табл.II.1.24.)

При расчете главного циркуляционного кольца разрешается оставлять запас на неучтенные сопротивления, но не более 10% расчетных по­терь давления.

Если это условие при предварительном подборе диаметров участков не выполняется, необходимо на некоторых участках изменить диаметры трубопровода.

10. После расчетов главного циркуляционного кольца, рассчитывается малое циркуляционное кольцо, кольцо, проходящее через нижний нагревательный прибор ближайшего стояка.

Неувязка в расходуемом давлении между отдельными циркуляционными кольцами допускается в двухтрубных системах с попутным движением воды до 15%, а в двухтрубных с тупиковой разводкой – до 25%.