Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления

Цель гидравлического расчета - определение экономичных диаметров трубопроводов при заданных тепловых нагрузках и располагаемом перепаде давления теплоносителя.

Гидравлический расчет выполняют после того, как вычерчена аксонометрическая схема и на нее нанесены все элементы (воздухосборники, запорно-регулирующая арматура и т.д.).

Гидравлический расчет выполняют по методу удельных потерь давления. Расчет делают для основного циркуляционного кольца через дальний стояк и циркуляционного кольца через ближний стояк. Задача расчета состоит в подборе диаметров отдельных участков циркуляционных колец таким образом, чтобы суммарные потери давления между ними Σ(Rl+Z) различались не более чем на 15%, а суммарные потери давления главного циркулярного кольца от располагаемого напора – не более чем на 5-10%.

Результаты расчета сводятся в таблицу (приложение Б, таблица Б.2).

Последовательность гидравлического расчета системы отопления:

1 На аксонометрической схеме системы отопления (см. раздел 5) определяются контуры дальнего и ближнего циркуляционных колец – узел ввода, подающая магистраль, стояки, отопительные приборы 3-го, 2-го и 1-го этажей, обратная магистраль. Циркуляционные кольца разбивают на участки, характеризующиеся постоянным расходом теплоносителя и неизменным диаметром. Каждый расчетный участок обозначают порядковым номером, в числителе указывают его тепловую нагрузку, в знаменателе – длину.

2 Расчет следует начинать с кольца через дальний стояк. Определяют необходимый расход теплоносителя на каждом участке по формуле (16). При расчете расхода теплоносителя в стояках (ветвях) системы рекомендуется принимать на 1 ⁰С меньше расчетного перепада температур в системе отопления.

3 Определяют средние удельные потери давления на трение по длине расчетного циркуляционного кольца, Па/м:

, (17)

где 0,65 - доля потерь давления на трение;

- располагаемое давление системы, Па;

Σ l - общая длина расчетного циркуляционного кольца, м.

4 Ориентируясь на R_ср, по таблице 13 для расчетного расхода G_уч подбирают диаметры участков так, чтобы скорость движения воды в трубах не превышала 1,5 м/с. По принятому диаметру участка d_уч и расчетному расходу G_уч определяют действительное значение R, Па/м, и скорость движения воды, w, м/с.

5 По величине скорости определяют значения динамического давления, Р_Д, Па, (таблица 14) для всех участков.

6 Определяют сумму коэффициентов местных сопротивлений, Σξ, на каждом рассчитываемом участке (таблица 15). В расчетно-пояснительной записке приводятся принятые значения коэффициентов местных сопротивлений на каждом участке. Умножая сумму коэффициентов местных сопротивлений Σ ξ на Р_Д, находят величину потерь давления в местных сопротивлениях Ζ, Па. Местное сопротивление, находящееся на границе двух участков, следует относить к участку с меньшим расходом теплоносителя.

7 Определяют полные потери давления на каждом участке, складывая потери давления на трение по длине участка Rl и потери давления в местных сопротивлениях Z. Потери давления всего циркуляционного кольца будут равны сумме потерь давления на всех участка, т.е. Σ (Rl+Z).

8 Проверяют правильность гидравлического расчета, исходя из условий, что суммарные потери давления в кольце через дальний стояк (Σ (Rl+Z_д.ст)) не должны превышать и потери циркуляционных колец не должны отличаться более, чем на 15% друг от друга, т.е. должны выполняться условия:

и (18) ;

Если эти условия не выполняются, то необходимо на отдельных участках изменить диаметры труб.

Примечание. Согласно требованиям [4], п. 3.31, в однотрубных системах водяного отопления потери давления в стояках должны составлять не менее 70 % суммарных потерь давления в циркуляционных кольцах без учета потерь давления в общих участках.

Таблица 13 - Таблица для гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления t_Г=95 ⁰C, t_o=70 ⁰C и k=0,2 мм

Удель ные потери давле ния на трение R, Па/м	Количество проходящей воды G, кг/ч (верхняя строка), скорость движения воды , w,м/с (нижняя строка), по трубам стальным водогазопроводным (газовым) обыкновенным (ГОСТ 3262-75) условным проходом d, мм
0,135	0,171	0,19	0,233	0,265	0,312	0,35
0,145	0,183	0,202	0,25	0,284	0,334	0,383

Окончание таблицы 13

0,156	0,195	0,214	0,267	0,304	0,356	0,409
0,164	0,206	0,226	0,284	0,321	0,376	0,433
0,186	0,23	0,257	0,318	0,36	0,422	0,485
0,205	0,25	0,288	0,352	0,393	0,468	0,533
0,223	0,271	0,308	0,379	0,426	0,504	0,576
0,239	0,291	0,328	0,406	0,458	0,54	0,618
0,255	0,312	0,348	0,43	0,486	0,574	0,655
0,269	0,332	0,369	0,452	0,512	0,605	0,691
0,295	0,362	0,405	0,494	0,563	0,664	0,757
0,318	0,392	0,438	0,537	0,609	0,719	0,81

Примечание: k – шероховатость внутренней поверхности труб

Таблица 14 - Значение динамического давления Р_д при гидравлическом расчете систем водяного отопления

Скорость воды, м/с	Рд, Па	Скорость воды, м/с	Рд, Па
0,01	0,05	0,37	67,67
0,02	0,2	0,38	70,61
0,03	0,45	0,39	74,53
0,04	0,8	0,4	78,45
0,05	1,23	0,41	82,37
0,06	1,77	0,42	86,3
0,07	2,45	0,43	91,2
0,08	3,14	0,44	95,13
0,09	4,02	0,45	99,08
0,1	4,9	0,46	103,98
0,11	5,98	0,47	108,89
0,12	7,06	0,48	112,82
0,13	8,34	0,49	117,71

Окончание таблицы 14

0,14	9,61	0,5	122,61
0,15	11,08	0,51	127,52
0,16	12,56	0,52	131,37
0,17	14,22	0,53	138,31
0,18	15,89	0,54	143,21
0,19	17,75	0,55	149,09
0,2	19,61	0,56	154,00
0,21	21,57	0,57	159,88
0,22	23,53	0,58	165,77
0,23	26,48	0,59	170,67
0,24	28,44	0,6	176,55
0,25	30,44	0,61	183,42
0,26	33,34	0,62	189,3
0,27	36,29	0,65	207,88
0,28	38,25	0,68	227,48
0,29	41,19	0,71	248,07
0,3	44,13	0,74	268,67
0,31	47,08	0,77	291,23
0,32	49,99	0,8	314,79
0,33	53,93	0,85	355,0
0,34	56,88	0,9	398,18
0,35	59,82	0,95	443,29
0,36	63,74	1,0	490,3

Таблица 15 - Коэффициенты местных сопротивлений для различных элементов систем отопления (приближенные значения)

Элементы систем отопления	Условный проход труб d, мм
					≥50
Радиаторы двухколонные
Внезапное расширение
сужение	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Отступы	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Компенсаторы:
П-образные
сальниковые	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Отводы:
900 и утки	1,5	1,5			0,5	0,5
двойные узкие
широкие

Окончание таблицы 15

Скобы
Тройники:
на проходе
на ответвлении	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
на противотоке
Крестовины:
на проходе
на ответвлении
Вентили:
обыкновенные
прямоточные				2,5	2,5
Задвижки	-	-	0,5	0,5	0,5	0,5
Краны:
проходные					-	-
двойной регулировки				-	-	-
Трехходовой кран:
при повороте потока			4,5	-	-	-
прямом проходе		1,5		-	-	-

8 РАСЧЕТ ЧИСЛА СЕКЦИЙ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Число секций отопительных приборов рассчитывается для одного из стояков системы отопления.

1 Определяют суммарное понижение температуры воды, , ⁰С, на участках подающей магистрали от ввода до рассматриваемого стояка. На 10м теплоизолированной подающей магистрали насосной системы определяется по таблице 16.

2 Определяют среднюю температуру в отопительном приборе с тепловой нагрузкой Q_П , Вт, присоединенном к стояку однотрубной системы отопления:

, (19)

где t_г - расчетная температура горячей воды в начале подающей магистрали системы отопления, равная 95 ⁰С;

ΣQ_П - суммарная тепловая нагрузка отопительных приборов, расположенных до рассчитываемого прибора на данном стояке, по ходу движения теплоносителя, Вт;

ΣQ_тр - сумма дополнительной теплоотдачи труб и подводок к приборам в рассматриваемом помещении, Вт. Для открыто проложенного этаже стояка ΣQ_тр = 115 Вт;

- коэффициент затекания воды в прибор. При присоединении прибора к стояку с трехходовыми кранами коэффициент затекания воды в прибор принимается равным 1;

Q_П - тепловая нагрузка рассчитываемого отопительного прибора, Вт;

с - удельная теплоемкость воды, равная 4, 19 к Дж/(кг · ⁰С);

G_ст. - расход воды в стояке, кг/ч, (формула (16)).

β₁, β₂ - то же, что в формуле (16).

3 Определяют разность средней температуры воды в отопительном приборе и воздуха в помещении, ⁰С

, (20)

где t_int - расчетная температура воздуха в помещении, в котором расположен рассчитываемый отопительный прибор, ⁰С.

4 Рассчитывают комплексный коэффициент приведения номинального теплового потока отопительного прибора Q_н.у. к расчетным условиям, который определяют по формуле:

, (21)

где n, р, с - экспериментальные числовые показатели для определения теплового потока отопительных приборов. Для чугунных радиаторов при схеме движения теплоносителя «сверху - вниз» и расходе теплоносителя 54-536 кг/ч n=0,3; р=0; с=1;

b - коэффициент учета атмосферного давления в данной местности, при

В = 1013,3 гПа = 760 мм рт. ст. b = 1;

ψ - коэффициент учета направления движения воды в приборе, при движении сверху – вниз ψ = 1;

G_пр - расход воды через прибор, кг/ч.

(22)

При присоединении приборов к стояку с трехходовыми кранами α = 1, поэтому G_пр = G_ст.

5 Определяют необходимую теплоотдачу прибора в рассматриваемом помещении.

, (23)

где Q_П - теплопотребность помещения, равная его теплопотерям, Вт;

Q_ТР - теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения труб (стояка и подводок), к которым непосредственно присоединен прибор, Вт;

, (24)

где q_в и q_г - теплоотдача 1 м соответственно вертикально и горизонтально проложенных труб, Вт/м; для неизолированных труб при параметрах теплоносителя в системе отопления 95-70 ⁰С, t_int = 18 ⁰С и диаметре d = 20 мм можно принять средние значения, q_в = 66 Вт/м и q_г = 85 Вт/м, а при d = 15 мм

q_в = 53 Вт/м и q_г =70 Вт/м;

l_в и l_г - длина вертикальных и горизонтальных труб в пределах помещения, м, для однотрубных стандартных систем в жилых зданиях l_в = 2,2 м; l_г = 0,8 м.

6 Требуемый номинальный тепловой поток, , Вт, для выбора типоразмера отопительного прибора определяют

, (25)

7 Минимально допустимое число секций чугунного радиатора

, (26)

где Q_н.у. - номинальный тепловой поток, Вт, для чугунных радиаторов МС-140-108 равен 185 Вт;

β₃ - коэффициент учета числа секций в приборе, для радиатора типа МС-140 с числом секций в приборе до 15 принимается равным 1,0;

β₄ - коэффициент учета способа установки радиатора, при открытой установке принимается равным 1,0.

8 По рассчитанному N_мин принимают к установке целое число секций отопительного прибора. Допускается уменьшение расчетного количества секций , если номинальный тепловой поток отопительного прибора будет меньше на 5% или на 60 Вт требуемого по расчету.

Таблица 16 - Снижение температуры в подающей магистрали, град. на 10м

dу, мм	25 - 32			65 - 100	125 – 150
Δtм, ºС	0,40	0,40	0,30	0,20	0,10