Гидравлический расчет системы отопления.

Выполнить гидравлический расчет системы отопления — это значит так подобрать диаметры отдельных участков сети (с учетом располагаемого циркуляционного давления), чтобы по ним проходил расчетный расход теплоносителя. Расчет ведется подбором диаметра по имеющемуся сортаменту труб.

Для зданий малой этажности наиболее часто применяется двухтрубная система отопления, для повышенной этажности — однотрубная. Для расчета такой системы должны быть следующие исходные данные:

1. Общий для системы перепад температуры теплоносителя (т.е. разность температуры воды в подающей и обратной магистралях).

2. Количество теплоты, которое необходимо подать в каждое помещение для обеспечения требуемых параметров воздуха.

3. Аксонометрическая схема системы отопления с нанесенными на нее нагревательными приборами и регулирующей арматурой.

Последовательность выполнения гидравлического расчета

1. Выбирается главное циркуляционное кольцо системы отопления (наиболее невыгодно расположенное в гидравлическом отношении). В тупиковых двухтрубных системах это кольцо, проходящее через нижний прибор самого удаленного и нагруженного стояка, в однотрубных – через наиболее удаленный и нагруженный стояк.

Например, в двухтрубной системе отопления с верхней разводкой главное циркуляционное кольцо пройдет от теплового пункта через главный стояк, подающую магистраль, через самый удаленный стояк, отопительный прибор нижнего этажа, обратную магистраль до теплового пункта.

В системах с попутным движением воды в качестве главного принимается кольцо, проходящее через средний наиболее нагруженный стояк.

2. Главное циркуляционное кольцо разбивается на участки (участок характеризуется постоянным расходом воды и одинаковым диаметром). На схеме проставляются номера участков, их длины и тепловые нагрузки. Тепловая нагрузка магистральных участков определяется суммированием тепловых нагрузок, обслуживаемых этими участками. Для выбора диаметра труб используются две величины:

а) заданный расход воды;

б) ориентировочные удельные потери давления на трение в расчетном циркуляционном кольце R_ср.

Для расчета R_cp необходимо знать длину главного циркуляционного кольца и расчетное циркуляционное давление.

3. Определяется расчетное циркуляционное давление по формуле

, (5.1)

где — давление, создаваемое насосом, Па. Практика проектирования системы отопления показала, что наиболее целесообразно принять давление насоса, равное

, (5.2)

где — сумма длин участков главного циркуляционного кольца;

— естественное давление, возникающее при охлаждении воды в приборах, Па, можно определить как

, (5.3)

где — расстояние от центра насоса (элеватора) до центра прибора нижнего этажа, м.

Значение коэффициента можно определить из табл.5.1.

Таблица 5.1 — Значение в зависимости от расчетной температуры воды в системе отопления

(), 0 C

, кг/(м 3 К)

6. Гидравлический расчет системы отопления

Принятая конструкция системы отопления должна быть представлена аксонометрической схемой в пояснительной записке (расчётная схема) и на чертеже.

На аксонометрической схеме должны быть изображены повороты, скобы, утки, необходимая арматура; на схеме в пояснительной записке, дополнительно к вышесказанному должны быть указаны номера рассчитываемых участков, их длина и тепловая нагрузка.

Аксонометрическая схема является основой для гидравлического расчёта трубопроводов.

Расчётным участком называется участок трубопровода постоянного диаметра с постоянным расходом теплоносителя. Исключение составляют стояки вертикальных однотрубных систем, где на расчётном участке могут быть трубы разного диаметра.

Циркуляционное кольцо – это замкнутый контур в системе отопления. Количество циркуляционных колец в двухтрубной системе отопления равно числу отопительных приборов.

В реальных проектах проводят расчет всех колец, в учебном проекте число колец ограничено, но расчеты наибольшего и наименьшего по длине колец обязательны.

Целью гидравлического расчёта трубопроводов системы отопления является определение оптимальных диаметров, при которых обеспечивается устойчивая и надёжная доставка расчётного количества теплоносителя ко всем отопительным приборам при заданном перепаде давления теплоносителя в подающей и обратной магистралях тепловой сети.

Задача гидравлического расчёта сводится к выбору минимальных диаметров на всех участках сети таким образом, чтобы гидравлическое сопротивление главного циркуляционного кольца не превышало располагаемого циркуляционного давления с запасом 5…10%, а разность гидравлических сопротивлений главного полукольца и каждого из остальных полуколец не превышала 15%.

Гидравлический расчет трубопроводов производится в следующем порядке:

1. Определяется главное циркуляционное кольцо. Это кольцо проходит через наиболее удаленный отопительный прибор первого этажа и является самым нагруженным во всей системе. Главное кольцо разбивается на расчетные участки, начиная с обратной подводки наиболее неблагоприятно расположенного отопительного прибора по обратным трубопроводам до узла ввода и далее по подающим трубопроводам до расчетного прибора.

2. Определяется расчетное циркуляционное давление для главного циркуляционного кольца по формуле:

где ΔР_Н – заданный перепад давления в магистралях тепловой сети на вводе, Па;

Б – коэффициент, определяющий долю максимального гравитационно­го давления, которую целесообразно учитывать в расчетных усло­виях.

Для двухтрубных систем Б = 0.4 … 0.5.

ΔР_е._пр – естественное гравитационное давление, создаваемое в системе за счет охлаждения воды в отопительных приборах в расчетных усло­виях:

где g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;

h – вертикальное расстояние от оси узла ввода до оси отопительного прибора расчетного кольца, м;

ρ_о, ρ_г – соответственно плотность охлажденной и горячей воды, кг/м;

t_г, t₀ – соответственно температура на входе в прибор и выходе из прибора, °С;

ΔР_е._тр – естественное гравитационное давление (Па), создаваемое за счет осты­вания воды в трубопроводах, определяется по прил. 8 [4]. В системах отопления с нижней разводкой ΔР_е._тр не учитывается.

3. Для каждого участка расчетного кольца определяется расход теплоноси­теля, кг/ч:

G= , (6.4)

где суммарная тепловая мощность отопительных приборов, подсоединенных кi-му участку трубопровода, Вт;

С– удельная массовая теплоемкость воды (С = 4,187 кДж/кг . К).

4. Определяются ориентировочные удельные потери давления на трение на 1 м длины трубопровода, Па/м:

R_ор=0,9 . k, (6.5)

где k – доля потерь давления на трение. Для систем с искусственной цирку­ляцией принимается равной 0,65;

ΔP_pц, – расчетное циркуляционное давление, Па;

Σl – сумма длин рассчитываемых участков, м.

Найденная величина R_ор является приблизительной. При подборе диаметров труб для конкретных участков могут применяться величины, большие или меньшие R_ор.

5. Для каждого расчетного участка главного циркуляционного кольца, ориентируясь на R_op по прил. 10 [4] отыскивается заданный расход теп­лоносителя Gi и определяется соответствующее ему значение диаметра трубо­провода d, скорости движения теплоносителя V и фактическое значение удельной потери давления на трение R_i .

6. Вычисляется расчетная потеря давления на трение на участке, равная произведению R_i . l_i.

7. По каждому расчетному участку главного циркуляционного кольца по приложению 9 [4] или по приложениям 7 и 8 определяется сумма коэффициентов местных сопротивлений Σξ.

8. По приложению 7 [4] и приложению 5 находится значения ρ и определяется динамическое давление, Па:

Р_дi=.(6.6)

9. Произведение Р_дi . Σξ определяет потери давления на местные со­противления Z_i на рассчитываемом участке.

10. По каждому расчетному участку вычисляется полная потеря давления, Па:

11. Определяется полная потеря давления в главном циркуляционном кольце, Па:

Δ P_г.ц.к.=. (6.8)

12. Рассчитывается запас давления на неучтенные в расчете гидравличе­ские сопротивления:

100% = 5.. .10%. (6.9)

Если запас давления окажется меньше 5 % или больше 10 %, то необходи­мо соответственно увеличивать или уменьшить диаметры наиболее нагружен­ных участков главного циркуляционного кольца.

Рассчитанное таким образом главное циркуляционное кольцо, принимается в дальнейших расчетах за опорное для гидравлической увязки всех остальных колец системы. Для каждого циркуляционного кольца есть точки, общие с главным циркуляционным кольцом, где происходит деление или слияние пото­ков. Задача дальнейшего расчета состоит в подборе диаметров участков полу­колец таким образом, чтобы гидравлические потери в них были равны уже под­считанным потерям давления между общими точками на участках главного циркуляционного кольца. Расчет малых полуколец производится аналогично расчету главного цир­куляционного кольца. Величина невязки в полукольцах определяется по фор­муле:

≤15 %, (6.10)

где ΔР_г.п.к. – потеря давления в главном полукольце, равная потере давления на участках, не общих с малым полукольцом, Па;

ΔР_м.п.к. – потеря давления в малом полукольце, Па.

Если по расчету невязка получилась больше 15 %, в нижней части стояка малого полукольца необходимо установить дополнительное местное сопротив­ление (кран двойной регулировки или дроссельную диафрагму).

Диаметр отверстия дроссельной шайбы рассчитывают по формуле, мм:

d_ш = 2, (6.11)

где G – расход теплоносителя, кг/ч, на участке, где устанавливают шайбу;

ΔР_ш – требуемая потеря напора в шайбе. Принимается равной потерям напора на участке, где установлена шайба.

Диаметр отверстия шайбы округляют до 0,5 мм в ближайшую сторону. Для уменьшения возможности засорения отверстия диаметр шайбы принимают не меньше 3 мм.

Данные гидравлического расчета сводятся в табл. 6.1.

Гидравлический расчет системы отопления

ΣQ_i

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА, ИХ ОСОБЕННОСТИ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ.

Цель – в выборе экономичных диаметров труб с учетом перепадов давления и определения расхода теплоносителя. Задачи – 1.Потери давления в СО(ΔР_со) не должны превышать располагаемое давление (ΔР_р). ΔР_со=(0,95-0,9) ΔР_р.

2.Потери давления в параллельных цирк кольцах СО должны быть увязаны.

Гидравлический расчет выполняется по схеме, делят ее на участки, наносят нагрузки. Тепловые нагрузки(Qуч) составляются из тепловых нагрузок приборов. Тепловая нагрузка прибора равна теполопотерям помещения.

По удельным линейным потерям давления

1.Составляется расчетная аксонометрическая схема со всей запорно-регулирующей арматурой. Разбивают схему на участки и расставляют тепловую нагрузку и длину.

2.Выбирают главное циркуляционное кольцо.

3.Определяют расчетное циркуляционное давление в СО в зависимости от схемы подключения к тепловым сетям.

4.Определяют средние удельные потери давления по главному цирк кольцу:

для предварительного определения диаметров

5.Определяют расход воды на расчетных участках.

6.Ориентируясь на R_ср и G_уч подбираем d, при v>1,5м/с.

7.Сумму потерь давления сравниваем с Р_р, запас 5-10%.

8.Расчитывают параллельные циркуляционные кольца.

По удельным характеристикам сопротивления:

1.Назначают диаметр труб, исходя из v_доп и конструктивных особенностей.

2.Расчет ведется с последнего стояка, задаваясь расходом.

3.Определяют расход воды по другим стоякам. Невязка потерь давления в параллельных кольцах = 0.

По приведенным длинам.

По динамике давления.

5.2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПО УДЕЛЬНОЙ ЛИНЕЙНОЙ ПОТЕРЕ ДАВЛЕНИЯ: ПОРЯДОК РАСЧЕТА.

При расчёте по этому способу диаметр труб подбирается по предварительному вычисленному расходу воды на каждом участке. При этом перепад температуры на всех стояках принимается постоянным и равным расчётному перепаду температуры воды во всей системе.

для однотрубных:

для двухтрубных:

Расход воды на каждом участке равняется:

, кг/ч

Q_уч, Вт – тепловая нагрузка участка;

с– теплоёмкость воды, c = 4,19 кДж/кг∙°С

— расчётный перепад температуры

— поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную (сверх расчётной) поверхность отопительного прибора

— коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери вследствие размещения отопительных приборов у наружных ограждений

, кг/ч

Потери давления при расчёте по этому способу на трение и на местные сопротивления

Па

Па/м – удельные потери

— коэффициент гидравлического трения, зависит от режима течения и от коэффициента шероховатости

— внутренний диаметр трубы; — динамическое давление; — длина участка

— потери давления на местные сопротивления

Па

Значение R для воды приводится в «Справочнике проектировщика ч. 1» Таблицы составлены для K_ш = 0,2 мм. Кроме того, таблицы составлены для перепадов 95-70, 105-70 и для 130-70, 150-70.

1) Составляется расчётная аксонометрическая схема со всей запорно-регулирующей арматурой. Разбивают схему на участки, нумеруют их и проставляют на них тепловую нагрузку и длину.

2) Расчёт начинают с выбора основного (главного) циркуляционного кольца.

а) в тупиковых схемах 1-трубных системах за главное принимают кольцо, проходящее через дальний стояк. А в двухтрубных системах – это кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка нагруженной ветви.

б) при попутном движении наиболее неблагоприятным в гидравлическом смысле является кольцо, проходящее через один из средних нагруженных стояков.

3) Определяют расчётное циркуляционное давление в системе отопления в зависимости от схемы подключения к тепловой сети.

4) Для предварительного выбора диаметра трубопроводов определяют среднее значение удельных потерь R_ср по главному циркуляционному кольцу.

Па/м

— общая длина главного циркуляционного кольца

5) Определяют расходы воды на расчётных участках

6) Ориентируясь на значение R_ср по величине по таблицам подбирают диаметры труб. При этом скорость воды не должна превышать 1,5 м/с.

7) Просуммировав потери давления на всех расчётных участках, сравнивают эту сумму с располагаемым давлением. Запас 5-10%.

8) После этого выполняют увязку параллельных колец.