Гидравлический расчёт системы отопления c подбором терморегуляторов и балансировочной арматуры

Цель гидравлического расчета – подобрать диаметры трубопроводов, регулировочные и балансировочные клапаны.

Гидравлический расчет выполняют по аксонометрической схеме трубопроводов системы отопления. На схеме находят циркуляционные кольца, делят их на участки, наносят тепловые нагрузки каждого отопительного прибора, равные расчетной тепловой нагрузке помещения.

Гидравлический расчет выполняется с использованием первого направления расчета. Расчет выполняется отдельно для систем отопления от распределителей (между распределителем и отопительными приборами) и отдельно для системы теплоснабжения распределителей (между тепловым пунктом и распределителями).

Первое направление гидравлического расчета состоит в том, что диаметры труб и потери давления в кольце определяются по задаваемой оптимальной скорости движения теплоносителя на каждом участке основного циркуляционного кольца. Оптимальная расчетная скорость движения воды для полимерных трубопроводов должна определяться по рекомендациям изготовителей трубопроводов, в большинстве случаев скорость – до 0,3...0,5 м/с, удельная потеря давления на трение R до 100…150 Па/м.

Для труб из сшитого полиэтилена удельная потеря давления на трение R=150…250 Па/м, скорость для выбранных диаметров – 0,25…0,5 м/с.

Произведем гидравлический расчет двухтрубной поквартирной системы водяного отопления квартир на первом этажа от одного распределителя и подберём термостатические и запорные клапаны.

Расчетные тепловые нагрузки приборов указаны на аксонометрии СВО и в таблице 1. Расчетные параметры системы отопления t_г = 85⁰С, t_о = 70⁰С.Системы отопления квартир присоединяются через распределители, расположенные на каждом этаже в штрабах стен лестничной клетки. Система теплоснабжения распределителей выполняется из стальных труб, систем отопления от распределителей – полиэтиленовых труб скрыто в стяжке пола в защитной трубе типа пешель. На вводе каждого из распределителей проектируется автоматический регулятор перепада давления в паре с ручным балансировочным клапаном (клапан-партнером) фирмы ТА (Швеция). От распределителя на ответвлениях к каждой квартире устанавливается ручной балансировочный клапан, фильтр, теплосчетчик и запорная арматура.

Подключение отопительных приборов выполнено боковое одностороннее с прямыми термостатическими клапанами V-exakt фирмы Heimeier (Германия) на подающем трубопроводе и прямыми запорно-регулирующими клапанами Regutec фирмы Heimeier на обратном трубопроводе.

Так как на ответвлении в каждую квартиру установлен ручной балансировочный клапан, то гидравлический расчет каждой квартиры ведем независимо друг от друга. В дальнейшем, настройками балансировочных клапанов выставляем расчетные расходы в каждой квартире.

Расчетный требуемый тепловой поток отопительного прибора:

Расход воды в отопительном приборе вычисляем по формуле

, кг/ч

Q_пр- тепловая нагрузка прибора, Вт

b₁ - коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины.

b₂ - коэффициент учета дополнительных потерь теплоты приборами у наружных ограждений.

В качестве основного расчетного циркуляционного кольца выбираем кольцо через самый нагруженный отопительный прибор квартиры. Диаметры трубопроводов подбираем по таблице каталога. Расчет сведен в таблицы 3и 4 (6 и 7, 9 и 10).

Таблица 3. Гидравлический расчет

№ уч	Qуч, Вт	Gуч, кг/ч	Lуч, м	Dуч, мм	W, м/с	Rуд, Па/м	Потери давления на трение, Па	Ʃζ	Потери давления в местных сопротивлениях, Па	Суммарные потери давления, Па	Примечание
		279,7	2,8	18x2,5	0,46		613,2			1036,40
		143,7	10,5	14x2	0,4			19,5		14728,00	10000+732
		279,7	2,8	18x2,5	0,46		613,2			1036,40
Потери давления от распределителя к отопительным приборам	Ʃ	16800,80
ΔРрасп.уч.4,5,7=ΔРуч.2=14728 Па
		135,99	3,6	14x2	0,37		759,6	1,5		862,28
		42,25	1,5	12x2	0,18		121,5	24,5		518,40
		135,99	3,6	14x2	0,37		759,6			828,05
Требуемое значение ΔР кл.рег.уч.4,5,7=14728-862,28-518,4-828,05=12519,27 Па
ΔРрасп.уч.4,6,7=ΔРуч.2=14728 Па
		135,99	3,6	14х2	0,37		759,6	1,5		862,28
		93,7	6,7	14x2	0,26			18,5	625,30	1362,30
		135,99	3,6	14х2	0,37		759,6			828,05
Требуемое значение ΔР кл.рег.уч.4,6,7=14728-862,28-1362,3-828,05=11675,67 Па

Таблица 4.Расчет коэффициентов местных сопротивлений

№ участка	Сопротивления	ζ	Ʃζ
1,3	2 отвода 90	2*2
2 (без термостатического и запорного клапанов)	тройник проходной	0,5*2	19,5
6 отводов 90	2*6
радиатор панельный	6,5
	тройник на отводе	1,5	1,5
5 (без термостатического и запорного клапанов)	тройник на противотоке	3*2	24,5
6 отводов 90	2*6
радиатор панельный	6,5
6 (без термостатического и запорного клапанов)	6 отводов 90	2*6	18,5
радиатор панельный	6,5
	тройник на отводе

На участке 2 потеря давления в запорно-регулирующем клапане определяется по формуле:

, Па

где G – расход воды на участке, кг/ч;

K_V – пропускная способность клапана (по каталогу изготовителя [3]), м³/ч

Па

По соображениям бесшумности работы клапанов рекомендуется задавать значение потерь давления каждого из термостатических клапанов не более 20…25 кПа. С другой стороны, для эффективного регулирования расходов в параллельных кольцах двухтрубной системы отопления, не рекомендуется задаваться значением менее 3 кПа. Исходя из этих соображений, для основного расчетного кольца следует задаться максимально возможным открытием диапазона гидравлически настроек n, но при этом иметь потерю давления на клапане не менее 3 кПа. Задаемся гидравлической настройкой n=6 и соответствующей ей потерей давления =10000 Па (диаграмма клапана в зоне 2К). Внешний авторитет термостатического клапана составляет 10000/16800,8=0.6, что входит в рекомендуемые пределы 0,3…0,7.

Выполним подбор запорно-регулирующих и термостатических клапанов на «регулируемых участках» 5, 6.

На участке 5 потеря давления в запорно-регулирующем клапане:

Па

На участке 6 потеря давления в запорно-регулирующем клапане:

Па

Требуемое сопротивление термостатического клапана на участке 5

=12519,3-63,2=12456,1 Па, на участке 6 - =11675,7-311,1=11364,6 Па.

Результаты настроек термостатических клапанов сводим в таблицу 5 (8,11).

Таблица 5. Настройки термостатических клапанов

№ уч.	G	ΔР кл.рег.уч.	ΔР кл.зап-рег.	Характеристики термостат.клапана
кг/ч	Па	Па	ΔРтр.кл., Па	Гидравлич. настройка n
	143,7		732,0	10000,0
	42,25	12519,3	63,2	12456,1
	93,7	11675,7	311,1	11364,6

Аналогично произведём расчет остальных квартир на этаже.

Таблица 6. Гидравлический расчет (квартира 2)

№ уч	Qуч, Вт	Gуч, кг/ч	Lуч, м	Dуч, мм	W, м/с	Rуд, Па/м	Rуд*Lуч, Па	Ʃζ	Z=ζ*1000*(v^2)/2, Па	Rуд*Lуч+Z, Па	Примеч.
		217,2	4,5	16x2	0,41		922,5			1426,80
		135,1	9,5	14х2	0,37		1985,5			2327,75
		68,2	2,3	12x2	0,29		427,8	18,5		5370,73	4000+165
		135,1	9,5	14x2	0,37		1985,5			2327,75
		217,2	4,5	16x2	0,41		922,5			1426,80
Потери давления от распределителя к отопительным приборам	Ʃ	12879,83
ΔРрасп.уч.13=ΔРуч.10=5370,73 Па
		66,91	0,6	12х2	0,29					444,40
Требуемое значение ΔР кл.рег.уч.13=5370,73-444,4=4926,33 Па
ΔРрасп.уч.14,15,16=ΔРуч.9,10,11=2327,75+5370,73+2327,75=10026,23 Па
		82,10	10,2	12х2	0,35		2631,6			3366,60
		35,1	0,5	12x2	0,15			20,5	230,63	256,63
		82,10	10,2	12х2	0,35		2631,6			3366,60
Требуемое значение ΔР кл.рег.уч.14,15,16=10026,23-3366,6-256,63-3366,6=3036,4 Па
ΔРрасп.уч.17=ΔРуч.9,10,11=2327,75+5370,73+2327,75=10026,23 Па
		46,96		12х2	0,20					434,00
Требуемое значение ΔР кл.рег.уч.17=10026,23-434=9592,23 Па

Таблица 7. Расчет коэффициентов местных сопротивлений (квартира 2)

№ участка	Сопротивления	ζ	Ʃζ
8,12	3 отвода 90	3*2
9,11	тройник на противотоке
отвод 90
10 (без термостатического и запорного клапанов)	тройник на противотоке	2*3	18,5
3 отвода 90	3*2
радиатор панельный	6,5
14,16	6 отводов 90	6*2
15 (без термостатического и запорного клапанов)	4 отвода 90	4*2	20,5
тройник на противотоке	2*3
радиатор панельный	6,5
	6 отводов 90	6*2

Таблица 8. Настройки термостатических клапанов (квартира 2)

№ уч.	G	ΔР кл.рег.уч.	ΔР кл.зап-рег.	Характеристики термостат.клапана
	кг/ч	Па	Па	ΔРтр.кл., Па	Гидравлич. настройка n
	68,2		165,0	4000,0
	66,91	4926,33	158,6	4767,7
	35,1	3036,4	43,7	2992,7
	46,96	9592,23	78,1	9514,1

Таблица 9. Гидравлический расчет (квартира 3)

№ уч	Qуч, Вт	Gуч, кг/ч	Lуч, м	Dуч, мм	W, м/с	Rуд, Па/м	Rуд*Lуч, Па	Ʃζ	Z=ζ*1000*(v^2)/2, Па	Rуд*Lуч+Z, Па	Примеч.
		214,7	4,3	16x2	0,4		864,3			1184,30
		106,1	3,3	14х2	0,29		452,1	1,5		515,18
		62,7		12x2	0,27			24,5		5354,03	4000+139
		106,1	3,3	14x2	0,29		452,1			494,15
		214,7	4,3	16х2	0,4		864,3			1184,30
Потери давления от распределителя к отопительным приборам	Ʃ	8731,95
ΔРрасп.уч.23=ΔРуч.20=5354,03 Па
		43,40	6,6	12х2	0,19			18,5		894,93
Требуемое значение ΔР кл.рег.уч.23=5354,03-894,93=4459,1 Па
ΔРрасп.уч.24,25,26=ΔРуч.19,20,21=515,18+5354,03+494,15=6363,36 Па
		108,59	6,1	14х2	0,30		866,2			1001,20
		62,6	6,8	12x2	0,27			14,5	528,53	1616,53
		108,59	6,1	14х2	0,3		866,2			1001,20
Требуемое значение ΔР кл.рег.уч.14,15,16=6363,36-1001,2-1616,53-1001,2=2744,43 Па
ΔРрасп.уч.27=ΔРуч.19,20,21=515,18+5354,03+494,15=6363,36 Па
		45,98	4,3	12х2	0,20		404,2	14,5		694,20
Требуемое значение ΔР кл.рег.уч.27=6363,36-694,2=5669,16 Па

Таблица 10. Расчет коэффициентов местных сопротивлений (квартира 3)

№ участка	Сопротивления	ζ	Ʃζ
18,22	2 отвода 90	2*2
	тройник на отводе	1,5	1,5
	тройник на отводе
20 (без термостатического и запорного клапанов)	тройник на противотоке	2*3	24,5
6 отводов 90	6*2
радиатор панельный	6,5
	6 отводов 90	6*2	18,5
радиатор панельный	6,5
25 (без термостатического и запорного клапанов)	4 отвода 90	4*2	14,5
радиатор панельный	6,5
24,26	тройник на противотоке
27 (без термостатического и запорного клапанов)	4 отвода 90	4*2	14,5
радиатор панельный	6,5

Таблица 11. Настройки термостатических клапанов (квартира 3)

№ уч.	G	ΔР кл.рег.уч.	ΔР кл.зап-рег.	Характеристики термостат.клапана
	кг/ч	Па	Па	ΔРтр.кл., Па	Гидравлич. настройка n
	62,7		139,0	4000,0
	43,4	4459,1	66,7	4392,4
	62,6	2744,43	138,8	2605,6
	45,98	5669,16	74,9	5594,3

Рисунок 1. Диаграмма для подбора термостатического клапана V-exakt

Произведем подбор ручных балансировочных клапанов (РБК), установленных на распределителе на 1 квартиры.

Принимаем РБК марки ТВV фирмы ТА диаметром 15мм. Результаты подбора по номограмме каталога изготовителя сводим в таблицу 12.

Таблица 12. Подбор РБК

N квартиры	G, кг/ч	ΔР расп квартир, Па	Характеристика РБК
ΔР РБК, Па	Настройка n	Kv,м3/ч
	279,7	16800,8			0,9
	217,2	12879,83	16800,8+10000-12879=13920,97		0,68
	214,7	8731,95	16800,8+10000-8731,95=18068,85		0,53

Рисунок 2. Диаграмма для подбора ручного балансировочного клапана TBV

(диаметром 15мм)