Динамика давления в системе отопления

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Проектирование тепловых сетей»

на тему: «Гидравлический расчет линейной цепи»

Руководитель

ст.преп. Есимсеитов М.С.

Студентка гр.ТЭ-12-1

Тлеубергенова С.К.

Содержание

Введение. 3

1. Потери тепла отдельные ограждения и помещением.. 5

1.1. Динамика давления в системе отопления. 7

1.2. Принципы проектирования системы отопления. 9

2. Гидравлический расчет систем водяного отопления. 12

2.1. Потеря давления в сети. 14

2.2. Коэффициент гидравлического трения и местного сопротивления. 19

2.3. Расчет по варианту. 23

Заключение. 25

Список использованной литературы.. 27

Введение

Система отопления, как уже указывалось, предназначена для созда­ния в помещениях здания температурной обстановки, соответствующей комфортной и отвечающей требованиям технологического процесса.

Выделяемое человеческим организмом тепло должно быть отдано окружающей среде так, чтобы человек не испытывал при этом ощуще­ний холода или перегрева. Наряду с затратами на испарение с поверх­ности кожи и легких тепло отдается с поверхности тела конвекцией и излучением. Интенсивность отдачи тепла конвекцией в основном опре­деляется температурой окружающего воздуха, а при отдаче лучеиспу­сканием— температурой поверхностей ограждений, обращенных в по­мещение.

Температура помещения зависит от тепловой мощности системы ото­пления, а также от расположения обогревающих устройств, теплоза­щитных свойств наружных ограждений, интенсивности других источ­ников поступления и потерь тепла. В холодное время года помещение теряет тепло через наружные ограждения. Кроме того, тепло расходу­ется на нагревание наружного воздуха, который проникает в помеще­ние через неплотности ограждений, а также на нагревание материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые охлажденными посту­пают с улицы в помещение. Системой вентиляции в помещение может подаваться воздух с более низкой температурой по сравнению с возду­хом помещения, технологические процессы могут быть связаны с испа­рением жидкостей и другими процессами, сопровождающимися затрата­ми тепла. При установившемся режиме потери равны поступлениям тепла. Тепло поступает в помещение от технологического оборудова­ния, источников искусственного освещения, нагретых материалов и изде­лий, в результате прямого попадания через оконные проемы солнечных лучей, от людей. В помещении могут быть технологические процессы, связанные с выделением тепла (конденсация влаги, химические реак­ции и пр.).

Учет всех перечисленных источников поступления и потерь тепла необходим при составлении теплового баланса помещений здания.

Сведением всех составляющих прихода и расхода тепла в тепловом балансе помещения определяется дефицит или избыток тепла. Дефи­цит тепла ΔQ указывает на необходимость устройства в помещении отопления. Для определения тепловой мощности системы отопления составляют баланс часовых расходов тепла для расчетных зимних ус­ловий в виде:

где Qorp — потери тепла через наружные ограждения;

Qвент — расход тепла на нагревание воздуха, поступающего в поме­щение;

Qтехн — технологические и бытовые тепловыделения.

Баланс составляется для условий, когда возникает наибольший при заданном коэффициенте обеспеченности дефицит тепла. Для граждан­ских зданий обычно принимают, что в помещении отсутствуют люди, нет освещения и других бытовых тепловыделений, поэтому определяю­щими расход тепла являются теплопотери через ограждения. В про­мышленных зданиях принимают в расчет интервал технологического цикла с наименьшими тепловыделениями.

Баланс тепла составляют для стационарных условий. Нестационарность процесса, теплоустойчивость помещений, периодичность работы системы отопления учитывают специальными расчетами на основе тео­рии теплоустойчивости.

1. Потери тепла отдельные ограждения и помещением

Наибольшие потери тепла через отдельные ограждения определя­ются по формуле

где R₀,api—приведенное сопротивление теплопередаче ограждения;

ƞ—коэффициент, учитывающий фактическое понижение рас­четной разности температур (tni—М для ограждений, ко­торые отделяют отапливаемое помещение от неотапли­ваемого (подвал, чердак и т. д.);

β—коэффициент, учитывающий дополнительные потери теп­ла через ограждение;

F_t—площадь ограждения.

Индекс i относит все обозначения к i-тому ограждению.

Рисунок 1. Определение наибольших теплопотерь помещения в период резкого холодания

1-кривая изменения наружной температуры;

2-теплопотери помещения,складывающиеся из теплопотерь через окна 3, стены и перекрытия.

Величина наибольших теплопотерь будет соответствовать коэффи­циенту обеспеченности внутренних условий в помещении Коб, с учетом которого выбрано значение t_н.

Наружные ограждения обычно имеют различную теплоустойчивость. Через ограждение с малой теплоустойчивостью (окна, легкие конструк­ции) теплопотери при похолодании будут резко возрастать, практичен ски следуя во времени за изменениями температуры наружного возду­ха. Через теплоустойчивые ограждения (стены, перекрытия) потери тепла в период резкого похолодания возрастут немного, и во времени эти изменения теплопотерь будут значительно отставать от понижения наружной температуры. Потери тепла через массивные ограждения пе­редадутся в помещение позднее, чем через легкие. Поэтому максималь­ные потери тепла всем помещением в расчетных условиях периода рез­кого похолодания не будут равны сумме наибольших потерь через от­дельные ограждения. Необходимо провести сложение теплопотерь че­рез отдельные ограждения с учетом их сдвига во времени.

Для упрощения решения этой задачи (рис. 1) можно ориентиро­ваться на одно ограждение, доля потерь тепла через которое наиболь­шая. Обычно таким ограждением является окно. В период резкого по­холодания, как показывают натурные наблюдения, теплопотери через окна составляют до 80% и более от общих потерь. Основываясь на на­блюдениях, также можно считать, что максимальные потери тепла по­мещением <Зогр совпадают во времени с наибольшими теплопотерями через окна.

Динамика давления в системе отопления

Гидравлическое давление в каждой точке замкнутого контура систе­мы отопления в течение отопительного периода подвержено непрерыв­ному изменению. Давление изменяется вследствие непостоянства плот­ности воды и циркуляционного давления, которое обусловлено качест­венно-количественным регулированием, т. е. изменением температуры и расхода воды при эксплуатации системы отопления.

Итак, в системе отопления наблюдается динамический процесс из­менения гидравлического давления. Исходное значение давления со­ответствует гидростатическому давлению в каждой точке при покое воды. Наибольшее изменение давления происходит при циркуляции мак­симального количества воды с температурой, достигающей предельного значения при расчетной температуре наружного воздуха. Рассматривая и сравнивая крайние значения при этих двух гидравлических режи­мах, можно судить о динамике давления в каждой точке цри действии системы отопления в течение отопительного периода.

Анализ динамики гидравлического давления делается с целью выяв­ления в системе отопления мест с чрезмерно низким или высоким дав­лением, вызывающим нарушение циркуляции воды или разрушение от­дельных элементов. На основе такого анализа намечаются мероприя­тия, обеспечивающие нормальное действие системы отопления.

Для установившегося движения потока воды — капельной несжимае­мой жидкости — уравнение Бернулли имеет вид:

где р— плотность воды, кг/м3;

g— ускорение свободного падения, м/с2;

h — высота положения оси или сечения потока воды над плоскостью сравнения, м;

р—давление в потоке воды, Па;

w — средняя скорость движения потока воды, м/с.

По уравнению Бернулли, представляющему собой частный случай записи общего закона сохранения материи в природе, полная энергия потока состоит из кинетической и потенциальной энергии.

Кинетическая энергия движения потока воды измеряется гидроди­намическим давлением.

При скорости движения воды в теплопроводах насосной системы отопления 1,5 м/с гидродинамическое давление составляет:

Потенциальная энергия потока воды складывается из энергии поло­жения потока и энергии давления в потоке.

В каком-либо сечении потока воды энергия положения измеряется высотой положения сечения потока над плоскостью сравнения, энер­гия давления — пьезометрической высотой, на которую может поднять­ся вода над рассматриваемым сечением. В замкнутой системе отопления проявляется энергия давления, рассматриваемая как гидростатическое давление, вызывающее циркуляцию воды.

Гидростатическое давление в вертикальной трубе при изменении по­ложения потока только на 1 м возрастает или убывает на величину

Очевидно, что изменение гидростатического давления по высоте си­стемы отопления даже одноэтажного здания более чем на целый поря­док превышает максимальное значение гидродинамического давления. Поэтому в дальнейшем для характеристики изменения гидравлического давления в системе отопления будем учитывать изменение только гид­ростатического давления, приближенно считая его равным полному.

Рассмотрение динамики давления проведем в системе водяного отоп­ления с естественной и искусственной циркуляцией воды как при нали­чии расширительного бака, так и без расширитель­ного бака.