Задачей гидравлического расчета трубопроводов системы отопления является выбор таких диаметров трубопроводов для наиболее протяженного и нагруженного циркуляционного кольца системы, по которым при располагаемом перепаде давлений в системе обеспечивается пропуск заданных расходов теплоносителя.
В насосной вертикальной системе при качественном регулировании теплоносителя располагаемый перепад давлений для создания циркуляции воды определяется по формуле
(5)
где - перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом для обеспечения необходимого расхода воды в системе;
– естественное циркуляционное давление:
(6)
Естественное циркуляционное давление, возникающее в расчётном кольце системы вследствие охлаждения воды в трубах в насосных системах с нижней разводкой можно не учитывать.
Естественное циркуляционное давление, возникающее в расчетном кольце системы вследствие охлаждения воды в отопительных приборах для вертикальных однотрубных систем при приборах в стояке, входящем в расчетное кольцо, определяется по формуле:
, (7)
где - теплопотери i-го помещения, Вт; – тепловая нагрузка стояка, Вт; – среднее приращение плотности воды при понижении температуры воды на 1 °С, кг/(м3 °С) – табличное значение (10, табл. 10.4); – вертикальное расстояние между условными центрами: охлаждения в стояке для i-го прибора и нагревания (ось элеватора); - температура горячей воды в системе отопления, °С; – температура охлаждённой воды в системе отопления, °С; g – ускорение свободного падения, м/с2.
Перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом , при зависимом присоединении системы отопления со смешением в элеваторе выбирается исходя из располагаемой разности давлений в наружных подающем и обратном теплопроводах и коэффициента смешения элеватора /10, рис. 10.19
В курсовом проекте можно определять , Па, по формуле
(8)
где – длина основного циркуляционного кольца системы отопления, м.
В насосных системах отопления допускается не учитывать , если оно составляет менее 10% от .
Для выполнения гидравлического расчета необходимо вычертить аксонометрическую схему системы отопления и разбить ее на расчетные участки. Расчетным участком является такой участок трубопровода, по которому проходит постоянный расход воды. Границами участков являются тройники и крестовины.
В насосной вертикальной однотрубной системе с тупиковым движением воды за расчетное циркуляционное кольцо принимается кольцо через наиболее нагруженный стояк из удалённых от теплового пункта.
Располагаемое давление определяется только один раз - для расчетного циркуляционного кольца системы отопления. Располагаемым давлением для расчета остальных веток является располагаемое давление для расчетного кольца за вычетом потерь давления в общих участках.
В однотрубных системах водяного отопления потери давления в стояках должны составлять не менее 70% общих потерь давления в циркуляционных кольцах без учета потерь давления в общих участках /2, п. 3.31/. Диаметр трубопроводов, соединяющих элеватор с системой, должен подбираться исходя из удельной потери давления 20-40 Па/м (11).
При гидравлическом расчете системы отопления можно пользоваться методом удельных потерь давления на трение или методом характеристик.
Гидравлический расчет трубопроводов методом удельных потерь давления на трение начинаем с определения ориентировочного значения , Па/м, удельной потери давления на трение
(9)
где 0,9 - коэффициент, показывающий, что 10% от идёт в запас на неучтённые потери давления; - доля потерь на трение для систем водяного отопления с искусственной циркуляцией; - то же, что в формуле (8).
Расчет сводится в табл. 2, которая заполняется следующим способом.
Графа 1. Однотрубный проточно-регулируемый стояк считается как один расчетный участок. Нумеруются участки как подающей, так и обратной магистрали.
Графа 2. Из таблицы расчета теплопотерь на аксонометрической схеме системы отопления в расчетно-пояснительной записке над условным обозначением отопительного прибора проставляется соответствующая тепловая нагрузка. Если в помещении устанавливается несколько отопительных приборов, то теплопотери помещения делятся на число приборов. Тепловая нагрузка расчетного участка определяется тепловой нагрузкой приборов, обслуживающих этот участок.
Графа 3. Расход воды на участке, G, кг/ч, определяем по формуле:
, (10)
где ( - тепловая нагрузка участка, Вт;; - коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины /2, табл. 1 прил. 12; 10, табл. 9.4/;
- коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных ограждений /2, табл. 2 прил. 12; 10, табл. 9.5/.
Графа 4. Длина участка определяется по аксонометрической схеме с точностью до 0,1 м. Затем определяем общую длину трубопроводов расчетного циркуляционного кольца и по формуле (8) определяем перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом .
Таблица 2
Гидравлический расчет трубопроводов
№ уча- стка | Тепло- вая на- грузка участка Q, Вт | Расход воды на уча- стке G, кг/ч | Длина участка , м | Диаметр трубы Ду, мм | Ско- рость воды v, м/с | Удельная потеря давления на трение R, Па/м |
Продолжение табл.2
Потеря давле- ния на трение R l, Па | Сумма ко- эффициен- тов мест- ныхсопро- тивлений на участке | Динами- ческое давле- ние Р д, Па | Потеря дав- ления в ме- стных со- противле- ниях Па | Сум- марная потеря давле- ния на участке Па | Местные сопро- тивле- ния, ко- эффици- енты местных сопротивлений |
9 |
Графы 5-7. По таблицам /10, табл. 11.1-11.2 прил. 11/ в зависимости от и расхода воды G определяем диаметры трубопроводов Д у, скорости v воды и удельные потери давления на трение R. Следует учитывать, что скорости движения воды в трубопроводах не должны превышать допустимых значений /2, прил. 14/.
Графа 9. К местным сопротивлениям относятся вентили, пробковые краны, трехходовые краны, тройники, отводы и другие фасонные части и арматура. Коэффициенты местных сопротивлений определяются по таблицам /10, прил. 11 табл. 11.10-11.20/. Значения коэффициентов местных сопротивлений тройников и крестовин относят к тем участкам трубопроводов, по которым проходит разделенный поток, т.е. к участкам с меньшим расходом. В графе 13 условными знаками указываются местные сопротивления на участке и указываются величины коэффициентов местных сопротивлений.
Графа 10. Величина динамического давления определяется по таблице /10, прил. 11 табл. 11.13/ в зависимости от скорости движения воды при .
После определения потерь давления на участке (графа 12) определяется суммарная потеря давления в расчетном циркуляционном кольце. состоящем из N последовательно соединённых участков исравнивается с распола-гаемым перепадом давления. Должно выполняться равенство
(11)
После определения диаметров трубопроводов расчетного циркуляционного кольца производится гидравлический расчет трубопроводов остальных веток системы отопления и определяется невязка, %, в потерях давления в общих участках, ходящих формуле
, (12)
где - суммарная потеря давления в расчётном циркуляционном кольце, Па; - - потери давления, Па, в общих участках, входящих в состав сравниваемых колец или ветвей системы отопления, Па;
- потери давления, Па, в той ветке системы отопления, потери давления в которой сравниваются с потерями давления в расчетном циркуляционном кольце.
Невязка в расчетных потерях давления для систем водяного отопления при тупиковой разводке трубопровода не должна превышать 15% /2, п. 3.33/. Увязка потерь давлений производится за счет изменения диаметров трубопроводов на отдельных участках как подающего, так и обратного трубопроводов. При гидравлическом расчете промежуточных стояков могут применяться составные стояки из труб разного диаметра для увязки потерь давления, при невозможности увязки потерь давления путем изменения диаметра труб стояки диафрагмируют. Диаметр диафрагмы, мм, определяют по формуле
, (13)
где - расход воды в стояке, кг/ч; - необходимые для увязки потери давления в диафрагме, Па.
Гидравлическую увязку промежуточных стояков можно осуществлять, устанавливая на этих стояках балансировочные клапаны.
При гидравлическом расчете системы отопления методом характеристик потери давления на участке трубопровода, Па находим по формуле:
(14)
где - расход воды на рассчитываемом участке, кг/ч; S -характеристика гидравлического сопротивления участка, Па/(кг/ч)2, определяемая по формуле
(15)
где А - удельное динамическое давление на участке, Па/(кг/ч)2 /10, табл.10.7/; d в - внутренний диаметр трубопровода участка, м; l - длина участка, м; – коэффициент гидравлического трения /10, табл. 10.7/; 2, -сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.
Для нахождения характеристик сопротивления стояков однотрубных систем отопления можно воспользоваться специальными таблицами /10, табл. 10.19 и 10.20/.
После выполнения гидравлического расчета чертят график падения давления в стояках и магистралях расчетного циркуляционного кольца в осях АР, Па, и /, м /10, рис. 10, 23; 14, рис. 7.11 и 7.12/. График позволяет наглядно представить картину падения давления в системе отопления.
Примеры выполнения гидравлических расчетов приведены в справочной /10/ и учебной литературе /9, 13, 14,. 17/.