Гидравлический расчет систем водяного отопления

Гидравлический расчет заключается в подборе по сортаменту диаметров трубопроводов системы отопления таким образом, чтобы в стояках и приборах системы протекало требуемое количество воды, и скорость ее движения не превышала допустимую. При этом гидравлическое сопротивление системы должно соответствовать расчетному циркуляционному давлению в системе отопления.

В курсовом проекте требуется рассчитать только одну, наиболее нагруженную и протяженную ветвь системы отопления. Диаметры других частей подбираются ориентировочно, в зависимости от расхода теплоносителя и предельной скорости его движения (см. Приложение 4).

Гидравлический расчет начинают с вычерчивания подробной аксонометрической схемы рассчитываемой ветви (рис. 5.1). На схему наносятся трубопроводы, отопительные приборы, арматура, воздухосборники, все изгибы труб. Затем выбирается основное циркуляционное кольцо.

Основным считают кольцо, в котором расчетное циркуляционное давление Dр_р , приходящееся на единицу длины кольца Sl, имеет наименьшее значение:

Гидравлический расчет систем водяного отопления - student2.ru

(5.1)

В насосных вертикальных тупиковых однотрубных системах - это кольцо через наиболее нагруженный стояк из удаленных от теплового пункта. Выбранное кольцо разбивается на участки. Участком принято называть часть трубопровода, в которой расход теплоносителя не меняется. Нумерацию участков рекомендуется начинать со смесительного устройства (элеватора) и заканчивать на последнем участке перед ним (рис. 5.1). После нумерации участков основного циркуляционного кольца нумеруют участки второстепенных колец, которые не входят в основное кольцо. Затем на схеме проставляют тепловые мощности отопительных приборов, тепловые нагрузки участков и их длины.

Тепловые мощности приборов определяются из расчетов тепловых потерь. Если в помещении установлен один отопительный прибор, то его мощность равна теплопотерям этого помещения, если несколько - то частному от деления теплопотерь помещения на число прибо-

Рис. 5.1. Ветвь однотрубной системы отопления

с верхней разводкой

ров в этом помещении. Длины участков определяются по чертежам, тепловая нагрузка рассчитывается как сумма тепловых мощностей приборов, в которые через данный участок подается теплоноситель или из которых он отводится.

После этого приступают к расчету циркуляционного давления для создания циркуляции воды в системе отопления.

Определение расчетного циркуляционного давления

В системе отопления

В вертикальных насосных системах отопления кроме насоса значительное влияние на циркуляцию воды может оказывать и естественное циркуляционное давление, возникающее из-за разности плотностей нагретой и охлажденной воды. Следовательно, расчетное циркуляционное давление в системе отопления равно:

Dр_р = Dр_н + Dр_е , Па

(5.2)

где Dр_н- насосное циркуляционное давление, Па;

Dр_е- естественное циркуляционное давление, Па.

Методика расчета Dр_н зависит от типа системы отопления и схемы присоединения к тепловой сети. В курсовом проекте принимается зависимая схема присоединения системы отопления к тепловой сети через смесительное устройство - водоструйный элеватор. Элеватор, подсасывая охлажденную воду, снижает температуру горячей воды до допустимых пределов и передает часть давления, создаваемого сетевым насосом на тепловой станции, в систему отопления для обеспечения циркуляции воды. Зависимая схема присоединения означает, что та вода, которая циркулирует в тепловой сети непосредственно, через элеватор попадает в систему отопления.

При такой схеме подключения насосное циркуляционное давление рассчитывается при помощи номограммы на рис. 10.19 [3, с. 90] (рис. 5.2 настоящего пособия). Исходными данными для расчета являются располагаемый напор на вводе в здание и коэффициент смешения элеватора. Разность давлений в подающем и обратном трубопроводах на вводе в здание для расчета систем отопления в типовых проектах, принимается равной 150 кПа.

Коэффициент смещения элеватора U рассчитывается по формуле:

;

(5.3)

где Т_Г - температура воды в подающем трубопроводе системы теплоснабжения, °С;

t_Г, t_О - температура воды в подающем и обратном трубопроводах системы отопления, °С.

Правила пользования номограммой указаны на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Изменение насосного циркуляционного давления Dр_н в зависимой системе водяного отопления со смешением в водоструйном элеваторе.

Правила работы с номограммой (справа).

Естественное циркуляционное давление в системе отопления возникает вследствие остывания воды в трубах Dр_{е. тр}и отопительных приборах Dр_е.пр :

Dр_е = Dр_{е. тр} + Dр_е.пр , Па.

(5.4)

Для насосных систем с нижней разводкой величиной Dр_{е. тр} можно пренебречь. Для других систем Dр_{е. тр} определяется по рис. П.1, [3, с. 239] (рис. 5.3 настоящего пособия) в зависимости от типа системы, этажности здания и расстояния от главного стояка до расчетного.

Естественное циркуляционное давление от остывания воды в приборах рассчитывается по формуле:

Dр_е.пр =

, Па

(5.5)

где Q_ris – тепловая нагрузка на стояк, Вт, определяется как сумма теплопотерь помещений или части помещений, отапливаемых стояком;

Рис. 5.3. График для определения давления за счёт охлаждения воды в трубах.

1 и 2 – двухтрубная система с естественной и искусственной циркуляцией; 3 и 4 - однотрубная система с естественной и искусственной циркуляцией; L – горизонтальное расстояние от главного стояка до расчётного.

Примечания:

1) график составлен при открытой прокладке стояков при изолированных магистральных трубопроводах;

2) при прокладке стояков в бороздах без изоляции вводят поправочный коэффициент 0,75;

3) при прокладке стояков в бороздах с изоляцией дополнительное давление от остывания воды в трубах не учитывается.

Q_i – тепловая нагрузка на прибор i-го этажа, Вт;

h_i – вертикальное расстояние между серединой прибора i-го этажа (условный центр охлаждения) и элеватором (условный центр нагревания), м;

b – среднее приращение плотности при понижении температуры воды на 1°С (табл.10.4) [3, с. 89], кг/(м³·К) таблица 5.1;

b₁ – поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную (сверх расчетной) площадь приборов, принятых к установке (табл. 9.4) [3, с. 45];

b₂ – поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери вследствие размещения отопительных приборов у наружных ограждений (табл. 9.5) [3, с. 46].

Таблица 5.1

Значения b (кг/м³×^оС) в зависимости от расчетной разности температуры воды в системе отопления

t_г-t_о^оС	b	t_г-t_о^оС	b
85-65	0,60	115-70	0,68
95-70	0,64	130-70	0,72
105-70	0,66	150-70	0,76

Для лучшего понимания методики расчета циркуляционного давления приводится пример расчета.

Пример 5.1. Требуется определить расчетное циркуляционное давление в вертикальной однотрубной системе отопления с верхней разводкой с трехходовыми кранами, если известно, что Т_Г = 150°С, t_Г = 95°С, t₀ = 70°С. Все остальные данные приведены на рис. 5.1.

1. Основное циркуляционное кольцо выбираем через стояк 1. Длина кольца - 58,4 м.

2. Определяем насосное циркуляционное давление. Коэффициент смешения элеватора равен:

При помощи номограммы на рис. 5.2 по величине коэффициента смешения и располагаемой разности давлений в подающем (р₁) и обратном (р₂) трубопроводах тепловой сети) на вводе в здание р₁– р₂ = 150 кПа найдем насосное циркуляционное давление:

Dр_н = 15000 Па.

3. Естественное циркуляционное давление от остывания воды в трубах определяется по рис. 5.3. Для однотрубной системы отопления с верхней разводкой и с удалением расчетного стояка от главного L = 12 м получаем:

Dр_е.тр = 100 Па.

Очевидно, что этой величиной из-за малости можно пренебречь.

4. Произведем расчет естественного циркуляционного давления от остывания воды в приборах.

Принимаем следующие значения коэффициентов: b = 0,64 кг/(м³·К) (табл. 5.1); b₁ = 1,04 кг/(м³·К) (табл. 9.4) [3, с. 45]; b₂ = 1,02 кг/(м³·К) (табл. 9.5) [3, с. 46]. Значения Q_i и h_i вычисляются при помощи рис. 5.1.

Для прибора первого этажа -

h₁ = 1,95 м; Q₁ = 1600 Вт;

второго этажа -

h₂ = 4,95 м; Q₂ = 1100 Вт;

третьего этажа -

h₃ = 7,95 м; Q₃ = 1800 Вт.

Следовательно,