ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Гидравлический расчет системы отопления выполняют двумя основными способами:

1 — по характеристикам гидравлического сопротивления (исходя из выбранного диаметра труб, когда определяется расход воды в них), рекомендуется для однотрубных систем,

2 — по удельным и линейным потерям давления (исходя из принятого расхода волы в трубах, когда подбираются их диаметры), для однотрубных и

двухтрубных систем, смотри прил. 1. Методом характеристик получают неравные перепады температур воды в стояках и но всей системе. Разность температуры в стояке определяется:

Этот метод применяют при повышенной скорости движения теплоносителя (0,8-1,5 м/с). В результате расчета получают действительное значение расхода воды в стояках и температуры воды. При расчете по этому способу линейные (от трения) и местные (в местах сопротивления) потери давления на участке системы находят по формуле:

(4.2)

Характеристику гидравлического сопротивления участка Sj определяют по формуле

где А, -удельное динамическое давление на участке, Па/(кг/ч)2, принимается по [15, табл. 4.6 с. 12]; /d_в — приведенный коэффициент гидравлического трения, принимается по [15, табл. 4.6 с. 12], м -1 ; l_i — длина участка, м; -сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке, выбирается по [15, табл. 4.12-4.13 с. 19 -20]; — приведенный коэффициент сопротивления участка.

Расход воды G_i на рассчитываемом участке, определяется по формуле

, (4.4)

Потери давления на участке можно определять также по формуле:

(4.5)

где _i — проводимость участка, кг/(чПа), связана с характеристикой сопротивления зависимостью

(4.6)

При соединении отдельных участков в циркуляционное кольцо общая характеристика сопротивления:

а) при последовательном соединении N участков

(4.7)

б) при параллельном соединении N участков (образующий трубный или приборный узел между общими точками деления и слияния потоков), отнесенная к общему расходу воды,

(4.8)

При тепло гидравлическом расчете стояков с замыкающими участками значения коэффициента затекания воды в приборы принимают по [15, табл. 5.3 с. 22] или вычисляют по формуле

(4.9)

где S₁, — характеристика сопротивления и проводимость прибора с параллельными подводками после замыкающего участка; S₂, -характеристика сопротивления и проводимость смещенного замыкающего участка. Так следует поступать, когда дополнительная характеристика гидравлического сопротивления S_E замыкающего участка, связанная с действием естественного циркуляционного давления в малом кольце отопительного прибора, удовлетворяет условию S_E S_{Е ПРЕД} — то коэффициент затекания воды в прибор рассчитывают по

б) при двустороннем присоединении приборов к стояку

(4.10)

где знак «+» принимают при движении воды в стояке сверху- вниз, знак – при движении снизу — верх.

Потери давления в основном циркуляционном кольце составляют: а) при последовательном соединении N участков

(4.11)

б) при параллельном соединении ветвей = , откуда следует

(4.12)

Расчет второстепенных циркуляционных колец системы проводят, исходя из расчета основного кольца. В каждом новом кольце рассчитывают только дополнительные (не общие) участки, параллельно соединенные с участками основного кольца.

При этом стремятся к получению равенства

(4.13)

где — располагаемое циркуляционное давление для расчета дополнительны (не общих) участков.

Это давление принимают равным потерям давления (ранее вычисленным) на параллельно соединенных с ним участках, входящих в основное кольцо

(4.14)

с поправкой на разность естественных циркуляционных давлений в рассчитываемом и основном кольцах по формуле

Расхождение (невязка) в расчетных потерях давления на параллельно соединенных участках допустимо при тупиковом движении воды в магистралях ±10%, при попутном движении +5%.

Гидравлический расчет однотрубной вертикальной системы со стояками не унифицированной конструкции и тупиковым движением воды в магистралях.

Диаметры труб выбирают, исходя из расчетного циркуляционного давления А Р_Р (см. п. 4. 1). Для этого в циркуляционном кольце системы для каждого участка вычисляют удельную характеристику сопротивления по формуле

(4.15)

среднее ориентировочное значение удельной линейной потери по длине, Па/м; к — коэффициент, учитывающий долю местных потерь давления в системе [15, табл. 4. 5 с. 12], для насосной к = 0,35.

Диаметры труб назначают, сопоставляя полученные значения по формуле S_УДм с величинами S_УД для стандартных диаметров труб [15, табл. 4.6 с. 12]. Для повышения тепловой устойчивости системы при выборе диаметра труб принимают: для стояков — ближайший меньший диаметр, для магистралей — ближайший больший диаметр труб.

Гидравлический расчет однотрубной вертикальной системы со стояками унифицированной конструкции и тупиковым движением воды в магистралях.

Характеристика сопротивления стояка унифицированной конструкции, согласно (4. 6), определяется по формуле (4.16)

(4.16)

где S_i— характеристика унифицированного участка стояка ; S_V3, характеристика унифицированного узла стояка в зависимости от схемы присоединения. Формулу (4.16) иначе можно записать в следующем виде

(4.17)

где п, р- количество соответственно этажестояков и приборов в стояке; S_ЭТi, — характеристика сопротивления одного этажестояка, [15, табл. 4.7 с. 13]; S_ПРi, S_Пi–характеристика сопротивления соответственно одного отопительного прибора и подводки к отопительному прибору, [15, табл. 4.10 с. 15-16] в зависимости от схемы присоединения [15, табл. 4.9 с. 15]; S_ПМ , S_ОМ — характеристика сопротивления присоединения соответственно к подающей и к обратной магистрали, [15, табл. 4.7 с. 13]; S_ПУ -характеристика сопротивления прямого участка трубы (нестандартные перекрытия,

холостой подающий стояк), [15, табл. 4.7 с. 13]; 1- длина прямого участка трубы, м;

S_НЭ— характеристика сопротивления нестандартного элемента стояка (компенсатор), определяется по формуле (4.3).

Диаметры труб магистралей назначают, сопоставляя полученные значения по формуле Буд с величинами 8уд для стандартных диаметров труб [15, табл 4.6 с. 12].

При вычислении 8УД(4. 15), среднее ориентировочное значение удельной линейной потери по длине определяют по формуле

Где — общая длина последовательных участков (магистралей), составляющих основное расчетное циркуляционное кольцо без длины тупикового стояка, м.

Гидравлический расчет системы отопления.

Гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления выполняется по методу характеристик сопротивления с постоянными перепадами температур воды в стояках.

Для гидравлического расчёта из всей системы отопления выбираем наиболее нагруженную ветвь. Её чертёж со всеми необходимыми данными представлен на расчётной схеме в масштабе 1:100.

В связи с тем, что для проектируемой системы отопления не задан определённый располагаемый перепад давлений, гидравлический расчёт начинаем с последнего по ходу горячей воды стояка 1.

Общая методика расчёта методом характеристик сопротивления:

· Определяем тепловые нагрузки всех стояков в системе отопления как сумму общих потерь теплоты отопительных приборов:

Для остальных стояков расчёт производится аналогичным образом:

· Определяем расходы воды по стоякам:

t_г— расчетная температура горячей воды в начале подающей

магистрали системы отопления, °С;

t_о— расчетная температура горячей воды на обратной магистрали системы отопления, °С;

β₁— поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную площадь, принимаемых к установке отопительных приборов, в нашем случае β₁=1.02;

β₂— поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные потери теплоты, вызванные размещением отопительных приборов у наружных стен, для нашего случая β₂=1.04;

Значения t_г и t_о принимаем из задания равными соответственно 95 и 70°С.

· Действительные потери давления в стояке рассчитывают по формуле:

— характеристика сопротивления стояка;

· В зависимости от принятого диаметра участка магистрали определяем его характеристику сопротивления:

А- удельное динамическое давление в трубопроводе;

L- длина участка трубопровода;

d- диаметр трубопровода;

l- коэффициент трения;

— сумма коэффициентов всех сопротивлений на участке;

· Потери давления на участке магистрали определяются по формуле:

· Располагаемый перепад давлений для второго стояка равен сумме потерь давления в стояке 1, в подающей и обратной магистрали:

· По известным значениям располагаемого перепада давления и расхода теплоносителя для второго стояка находим требуемую характеристику сопротивления для данного стояка.

· Задаемся диаметром второго стояка и определяем его действительную характеристику сопротивления. Она должна быть близка к требуемой характеристике сопротивления:

· По расходу воды и полученному значению действительной характеристики сопротивления второго стояка находим действительные потери давления во втором стояке. Невязка давлений располагаемого и действительного не должна превышать 15%:

· Общее гидравлическое сопротивление системы отопления высчитывается по формуле:

Расчет стояка 1

Руководствуясь данными табл. 1, принимаем диаметры стояка 1 и радиаторных узлов равными 20 мм.

Данные для предварительного выбора однотрубных стояков водяного отопления

Условный диаметр стояка d_у, мм

Температурный перепад Δt, ˚с

Средние значения величин на стояке

Расходов воды G_ст, кг/ч Скоростей воды υ_ст, м/с Тепловых нагрузок Q_ст, ккал/ч 95-70=25 210-270 0,3-0,4 5250-6750 100-70=30 6300-8100 105-70=35 7350-9450 95-70=25 450-550 0,35-0,42 11250-13750 100-70=30 13500-16500 105-70=35 15750-19250

95-70=25 800-1000 0,4-0,49 20000-25000 100-70=30 24000-30000 105-70=35 28000-35000

Определение полной характеристики сопротивления стояка 1 как суммы характеристик сопротивления:

а) 7 вертикальных этажестояков проточно-регулируемых систем d = 20 мм:

кгс/м 2 /(кг/ч) 2

б) радиаторных узлов верхнего этажа:

кгс/м 2 /(кг/ч) 2

в) прямых участков труб стояка d=20 мм общей длиной l =7,5+12+0,8=20,3м:

кгс/м 2 /(кг/ч) 2

г) местных сопротивлений:

— вентиля на подающей магистрали с коэффициентом ξ=10

— пробкового крана на обратной магистрали с ξ=2

— отводов (4 шт.), гнутых под углом 90°, с ξ=1·4=4

— отступов от стояка к магистрали (2 шт.) с ξ=0,5·2=1

— тройников на проход горячей магистрали при G_пр/G_сб = 565,6/1052,7 = 0,53 с ξ=0,5

— тройников на проход обратной магистрали при G_пр/G_сб = 0,53 с ξ=3

Общая сумма составляет ∑ξ=20,5.

кгс/м 2 /(кг/ч) 2

Таким образом, полная характеристика сопротивления стояка 1:

кгс/м 2 /(кг/ч) 2

Действительные потери давления в стояке 1:

Расчет Ст2.

= 1896 кгс/м 2 G=487,1 кг/ч

Ориентировочный расчёт показывает, что сконструировать стояк 2 из труб одного диаметра так, чтобы его характеристика сопротивления соответствовала требуемой, нельзя. Поэтому конструируем стояк из следующих частей:

· подъёмного участка с радиаторным узлом верхнего этажа диаметром 20мм.

· опускной части с радиаторным узлом верхнего этажа диаметром 15мм.

S₁=6*3.15*10 -4 =18,9*10 -4 кгс/м 2

радиаторный узел верхнего этажа с d=20мм: S₁₂=1*1.46*10 -4 =1.46*10 -4 кгс/м 2

S₂=6*13.38*10 -4 =80,29*10 -4 кгс/м 2

радиаторный узел верхнего этажа с d=15мм: S₂₂=1*5.03*10 -4 =5.03*10 -4

Прямые участки труб с d=15мм и d=20 мм:

S₃= 0.8*2.89*10 -4 +0.8*0.59*10 -4 +0.49*2.89*10 -4 =8,45*10 -4 кгс/м 2

для подъемной части(d=20мм):

Вентиль на подающей магистрали x=10

Отвод гнутый под углом 90 0 (1): x=1-для d=20мм

Отступ от стояка к магистрали(1шт) x=0.5

Внезапное сужение x=0.5;

по формуле , для труб с с d=20мм A=0.325*10 -4 кгс/м 2 , находим:

Для опускной части(d=15мм):

Пробковый кран на обратной магистрали x=3.5

Отвод гнутый под углом 90 0 (1): x=1.5-для d=15мм

Отступ от стояка к магистрали(1шт) x=0.5;

по формуле , для труб c d=15мм A=1.08*10 -4 кгс/м 2 , находим

Полная характеристика сопротивления Ст2

S_ст2 =(18,9+1.46+80,29+5.03+8,4+3.9+5.94) *10 -4 = 123,92*10 -4 кгс/м 2

Расчет действительной потери давления для Ст2:

=∑S*G 2

=123,92*10 -4 *487,1 2 =2940 кгс/м 2

Расчет участка 2-3.

Принимаем диаметр участка d=25 мм

Расчет характеристики сопротивления на участке 2-3:

А=0,125 *10 -4 кгс/м 2

Расчет потери давления для участка 2-3:

=∑S*G 2

Расчет участка 2’-3’.

Принимаем диаметр участка d=25 мм.

Расчет характеристики сопротивления на участке 2 ’ -3 ’ :

Расчет потери давлений для участка 2 ’ -3 ’

Расчет Ст3.

Перепад давлений (располагаемый) для Ст3:

Р_ст3= 1896 +103,3+111,6= 2110,9 кгс/м 2

Ориентировочный расчёт показывает, что сконструировать стояк 3 из труб одного диаметра так, чтобы его характеристика сопротивления соответствовала требуемой, нельзя. Поэтому конструируем стояк из следующих частей:

подъёмного участка с радиаторным узлом верхнего этажа диаметром 20мм.

опускной части с радиаторным узлом верхнего этажа диаметром 15мм.

S₁=6*3.15*10 -4 =18,9*10 -4 кгс/м 2

радиаторный узел верхнего этажа с d=20мм: S₁₂=1*1.46*10 -4 =1.46*10 -4 кгс/м 2

S₂=6*13.38*10 -4 =80,28*10 -4 кгс/м 2

радиаторный узел с d=15мм: S₂₂=1*5.03*10 -4 =5.03*10 -4 кгс/м 2

Прямые участки труб с d=15мм и d=20 мм:

S₃= 0.8*2.89*10 -4 +0.8*0.59*10 -4 +0.79*2.89*10 -4 =5.06*10 -4 кгс/м 2

Для подъемной части(d=20мм):

Вентиль на подающей магистрали x=10

Отвод гнутый под углом 90 0 (1): x=1-для d=20мм

Отступ от стояка к магистрали(1шт) x=0.5

Внезапное сужение x=0.5;

по формуле , для труб с с d=20мм A=0.325*10 -4 кгс/м 2 , находим

Для опускной части(d=15мм):

Пробковый кран на обратной магистрали x=3.5

Отвод гнутый под углом 90 0 (1): x=1.5-для d=15мм

Отступ от стояка к магистрали(1шт) x=0.5;

по формуле , для труб c d=15мм A=1.08*10 -4 кгс/м 2 , находим

Полная характеристика сопротивления Ст3

S_ст3 =(18,9+1.46+80,28+5.03+5.06+3.9+5.94) *10 -4 = 120,57*10 -4 кгс/м 2

Расчет действительной потери давления для Ст3:

=∑S*G 2

=120,57*10 -4 *387,1 2 = 1806.6 кгс/м 2

Расчет участка 3-4.

Принимаем диаметр участка d=32 мм.

Расчет характеристики сопротивления на участке 3-4:

А=0.04 *10 -4 кгс/м 2

Расчет потери давления для участка 3-4:

=∑S*G 2

Расчет участка 3’-4’.

Принимаем диаметр участка d=25 мм.

G= 1439,8 кг/ч d=32мм

Расчет характеристики сопротивления на участке 3 ’ -4 ’ :

Расчет потери давлений для участка 3 ’ -4 ’

Расчет участка 4-5.

Принимаем диаметр участка d=40 мм.

Расчет характеристики сопротивления на участке 4-5:

А=0.0235 *10 -4 кгс/м 2

Тройник на проход с поворотом x=1.5

Расчет потери давления для участка 4-5:

=∑S*G 2

Расчет участка 4’-5’.

Принимаем диаметр участка d=40 мм.

Расчет характеристики сопротивления на участке 4 ’ -5 ’ :

Тройник на проход с поворотом x=1.5

Расчет потери давлений для участка 4 ’ -5 ’

=∑S*G 2

Расчет участка 5-6.

Принимаем диаметр участка d=50 мм.

Расчет характеристики сопротивления на участке 5-6:

А=0.0084 *10 -4 кгс/м 2

Тройник на проход с поворотом x=1.5

Расчет потери давления для участка 5-6:

=∑S*G 2

Расчет участка 5’-6’.

Принимаем диаметр участка d=50 мм.

Расчет характеристики сопротивления на участке 5 ’ -6 ’ :

Тройник на проход с поворотом x=1.5

Расчет потери давлений для участка 5 ’- 6

Гидравлический расчёт однотрубной системы с нижней разводкой при тупиковой схеме сети с постоянными перепадами температуры воды в стояках.