По удельным потерям давления на трение

После выполнения требований, изложенных в начале главы 5, приступают непосредственно к гидравлическому расчету. Расчет производится при помощи специальной таблицы 5.2, в которую заносятся номера участков, их тепловые нагрузки, длины и другие данные. Затем рассчитывают остальные показатели.

Расход воды на участках определяется по формуле:

, кг/ч,

(5.7)

где Q_i - тепловая нагрузка i-го участка, Вт;

с - теплоемкость воды; с = 4187 Дж/(кг·°С);

Dt = t_Г - t_o - расчетный перепад температур в системе отопления, °С.

Затем рассчитывается среднее ориентировочное значение линейной потери давления на трение R_ср в выбранном циркуляционном кольце:

, Па/м,

(5.8)

где k - коэффициент, учитывающий долю местных потерь давления на трение в системе отопления, для насосных систем k=0,35;

- сумма длин участков, составляющих основное циркуляционное кольцо, м.

По величине R_ср и по расходу воды на участке при помощи табл. II.1, [3, с. 212-223] определяются диаметры всех участков и скорости движения воды в них. Причем величины скоростей не должны превышать максимально допустимые, исходя из уровня шума, создаваемого движущейся водой (приложение «Ж» [10, с. 46]). Как правило, расход, R_ср и выбранный диаметр участка не соответствуют между собой, поэтому значение R_ср для каждого участка уточняется и в расчетную таблицу заносится измененное - фактическое значение R_ср.i .

Потери давления на участке на трение определяются по формуле:

Dрi = Rср.i · li , Па,

(5.9)

где R_ср.i - фактическое значение удельной потери давления на трение на i-ом участке, Па/м.

После этого приступают к расчету местных потерь давления. По табл. II.10 - II.20, [3, с. 258-263] определяют суммы коэффициентов местных сопротивлений на участках, причем местное сопротивление на стыке двух участков относится к участку с меньшим расходом. Если в стояке используется приборные узлы с трехходовыми кранами КРТ, то рассчитывается предельный случай, когда вся вода идет через прибор. Для некоторых других приборных узлов коэффициенты местных сопротивлений принимаются по Приложению 5.

Затем определяют потери давления на местные сопротивления на участках по табл.II.3, [3, с. 235-238]. Если сумма коэффициентов местных сопротивлений не равна целому числу или больше десяти, то поступают следующим образом: выбирают потери при сумме коэффициентов местных сопротивлений равной единице и умножают это число на фактическую сумму коэффициентов.

По данным расчета линейных и местных потерь давления на участках определяются полные потери давления на участках и во всем циркуляционном кольце. Если эти потери удовлетворяют условию (5.6), то расчет основного циркуляционного кольца на этом заканчивают; если нет - то на некоторых участках меняют диаметры и пересчитывают потери давления в них.

Изменения диаметров производят, исходя из следующих соображений: для увеличения потерь давления диаметр уменьшают, для снижения потерь - увеличивают, добиваясь таким образом выполнения условия (5.6).

Затем производят расчет второстепенных колец циркуляции через другие стояки рассматриваемой ветви системы отопления. Расчету подлежат только дополнительные (не общие) участки (стояк 2 на рис. 5.1), параллельно соединенные с участками основного циркуляционного кольца. Потери давления для этого стояка считаются известными, так как в гидравлическом отношении он параллелен стояку 1, входящего в основное циркуляционное кольцо. Если же на одной ветви больше двух стояков (как указано на рис. 5.4), то потери давления в стояке 3 будут равны сумме потерь давления на участках 6, 7, 8; соответственно в четвертом стояке - 5, 6, 7, 8, 9 и т. д. Подбор же диаметров стояков производится аналогично, как и для основного циркуляционного кольца, только для этих стояков в качестве расчетного циркуляционного давления выступают потери давления на параллельных участках. Невязка при этом 15%.

В случае невозможности увязки потерь давления за счет изменения диаметров допускается установка дроссельных шайб (диафрагм), балансировочных вентилей. Диаметр дроссельной шайбы рассчитывается по формуле:

, мм

(5.10)

где d_Д - диаметр дроссельной шайбы, мм; принимается равным не менее 5 мм;

G_ris - расход воды в стояке, кг/ч;

Dр_Д - недостаток потерь давления на второстепенном участке до параллельных ему участков основного циркуляционного кольца, Па.

Еще один возможный вариант устранения невязки – замена ранее принятой арматуры на стояке другой, с повышенным гидравлическим сопротивлением (например – замена крана пробочного на вентиль).

Для лучшего понимания методики гидравлического расчета систем отопления по методу удельных потерь давления на трение рассмотрим пример расчета.

Пример 5.2. Для условий примера 5.1 сделать гидравлический расчет по методу удельных потерь давления на трение приведенной на рис. 5.1 ветви системы отопления. Приборы - радиаторы РСВ-4 «Конрад», установленные у световых проемов, присоединены к приборам без «уток».

1. Основное циркуляционное кольцо выбираем через стояк 1, длина кольца составляет 58,4 м. Выбранное кольцо разбиваем на участки. При использовании в радиаторных узлах трехходовых кранов стояк можно считать как один участок, поскольку в расчетах рассматривается наиболее неблагоприятный случай, при коэффициенте затекания воды в прибор a =1.

2. Рассчитываем тепловые нагрузки участков. Например, участок 1 снабжает теплотой все здание - следовательно, тепловая нагрузка на него равна теплопотерям всего здания Q₁ = Q_ЗД. В нашем случае Q₁ = 47000 Вт.

Через участок 2 теплота поступает в дальний фасад здания, - значит, его тепловая нагрузка равна Q₂ = 24000 Вт.

Таблица 5.2

Таблица гидравлического расчета по удельной линейной потери давления

(с постоянным перепадом температур)

Данные по схеме	Принято
Участок №	Q, Вт	G, кг/ч	l, м	Dу, мм	V, м/c	RФ, Па/м	RФ · l, Па	Sx	Z, Па	RФ · l + Z, Па	Примечание

Рис. 5.4. Схема стояков однотрубной системы отопления с верхней разводкой

Участок 3 снабжает теплотой помещения, отапливаемые стояками 1 и 2, поэтому Q₃= Q_ris1+ Q_ris2 = 12500 Вт, и т.д. Следует заметить, что в системе отопления имеются и параллельные участки, которые отводят теплоту от этих же потребителей; естественно, тепловые нагрузки и расходы теплоносителя на них будут одинаковыми. В нашем случае это участки 1 и 7, 2 и 6, 3 и 5. Можно считать, что участок 8 не несет никакой тепловой нагрузки.

Тепловые нагрузки участков заносятся в графу 2 расчетной таблицы (табл. 5.3).

3. Определяем расход воды на участках по формуле (5.7).

Для участков 1 и 7:

кг/ч.

Участки 2 и 6:

кг/ч.

Другие участки рассчитываются аналогично, за исключением участка 8. Расход теплоносителя на нем определяется следующим образом:

кг/ч.

Расходы воды на участках заносятся в колонку 3 таблицы 5.3.

4. Среднее значение удельной потери давления на трение для выбранного циркуляционного кольца по формуле (5.8) равно:

Па/м.

5. По значениям R_ср и по расходу теплоносителя на участках при помощи табл. II.1 [3, с. 212-223] определяем диаметры всех участков и скорость движения воды в них. Выбор производится следующим образом: по значению R_ср отыскиваем в таблице близкий к фактическому расход теплоносителя, причем R может изменяться как в большую, так и в меньшую сторону, при этом необходимо следить, чтобы скорость движения воды не превышала допустимую (как правило, 1,5 м/с). В таблицу 5.3 заносятся уже фактические значения удельных потерь давления на трение R_ср.i (графа 7), а также выбранный диаметр (графа 5) и скорость движения воды (графа 6).

6. Определим линейные потери давления на участках как произведение фактических удельных потерь давления на трение на участках R_ср.i на их длину (т.е. произведение данных из граф 7 и 4); результат заносим в графу 8.

7. Приступаем к расчету местных потерь давления на участках. По таблицам выбираем коэффициенты местных сопротивлений участков, причем тройники на стыке двух участков относятся к участкам с меньшим расходом. Имеем:

Участок 1:	Вентиль запорный муфтовый Dу =32 мм (табл. II.12) [3, с. 260]	8,6
	Отвод 90° Dу =32 мм	0,5
		= 9,1
Участок 2:	Тройник на растекании при (табл. II.13) [3, с. 261]	6,3
		= 6,3
Участок 3:	Тройник на растекании при	6,3
	Кран пробочный проходной Dу =25мм	1,5
	Тройник с пробкой (тройник на проходе при 1, табл. II.15) [3, с. 262]	0,7
		= 8,5
Участок 4:	Тройник на проходе при - 2 шт. 4,8´2	9,6
	Проточный воздухосборник	1,5
	Отвод 90° Dу =15 мм - 9 шт. 0,8´9	7,2
	Кран трехходовой на проходе Dу = 15 мм - 3 шт. 3,5´3	10,5
	Радиатор РСВ при Dу =15 мм - 3 шт. 0,6´3	1,8
	Тройник на проходе при (табл. II.15) [3, с. 262] - 3шт. 0,7´3	2,1
		= 32,7
Участок 5:	Тройник с пробкой	0,7
	Кран пробочный проходной Dу = 15 мм	3,5
	Тройник на противотоке при
		= 9,2
Участок 6:	Отвод 90° Dу = 25 мм	0,5
	Кран пробочный проходной Dу= 25 мм	1,5
	Тройник на противотоке при
		= 7
Участок 7:	Отвод 90° Dу = 32 мм	0,5
	Вентиль запорный муфтовый Dу = 32 мм	8,6
		= 9,1
Участок 8:	Тройник на ответвлении и делении потока при и при	1,5
		= 1,5

Величину потерь давления на местные сопротивления определяем при помощи табл. II.3 [3, с. 235-238]. Например, для первого участка x₁ = 9,1; w₁ = 0,488 м/с. По скорости находим в таблице потери давления на местные сопротивления при x₁ = 1 - Z = 117 Па; следовательно, потери давления на местные сопротивления первого участка составят:

Z1 = Z × x1 = 117 × 9,1 = 1065 Па.

Аналогично производится расчет и для других участков, данные расчетов заносятся в табл. 5.3.

8. Общие потери давления на участках определяются как суммы линейных и местных потерь давления на участках (колонки 8 и 10); после этого рассчитывают общие потери давления в основном циркуляционном кольце и проверяют их соответствие условию (5.6). В нашем случае:

= 14091 Па; 0,9 · Dрр = 0,9 · 15846 = 14261 Па.

Таким образом, . Условие выполняется - следовательно, расчет основного циркуляционного кольца на этом можно закончить.

9. Теперь приступаем к расчету второстепенных колец, который производится также в табличной форме (табл. 5.3). В рассматриваемом примере это стояк 2:

Qris2 = 8000 Вт; Dрris2 = Dр4 = 2933 Па; Lris2 = 15,7 м.

Средняя удельная потеря давления на трение в стояке 2 равна (5.8):

Па/м.

Расход теплоносителя в стояке, в соответствии с формулой (5.7), определяется как:

кг/ч.

По табл. II.1 [3, с. 212-223] выбираются: диаметр стояка, скорость движения воды в нем, уточняется значение R_ср и, соответственно, рассчитываются линейные потери давления. Все эти данные заносятся в табл. 5.3.

10. Рассчитывают местные потери давления в стояке 2. При помощи табл. II.10 - II.20, [3, с. 258-263] определяем коэффициенты местных сопротивлений стояка 2 и их сумму.

Таблица 5.3