Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Кафедра теплогазоснабжения, вентиляции
И водоснабжения и водоотведения
ОТОПЛЕНИЕ ЗДАНИЯ
Методические рекомендации для подготовки к практическим занятиям и самостоятельной работе студентов дневного и заочного обучения специальности “Теплогазоснабжение и вентиляция»
Пермь 2013
Составители: О. В. Гаражий.
УДК 697.034
Отопление здания: Методические рекомендации для подготовки к практическим занятиям, выполнению курсового проекта и самостоятельной работе. Сост.О.В. Гаражий; Пермский национальный исследовательский политехнический университет. Пермь 2013, 40 с, рис.3.
Настоящие рекомендации предназначены для студентов специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция». В рекомендациях приведены основные положения по проектированию систем отопления, а также методики расчета отдельных элементов систем (трубопроводов, элеватора, насосов, нагревательных приборов).
Рецензент доцент, к.т.н. А. В. Гришкова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, 2013
–3–
Цель данных методических указаний – закрепление теоретических знаний, полученных в лекционном курсе, и приобретение практических навыков проектирования систем отопления.
1.ВЫБОР ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ
Система отопления проектируется для здания, разработанного в курсовом проекте по дисциплине «Архитектура». Коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций тоже принимаются из этого курсового проекта. После этого необходимо вычертить поэтажные планы (М 1:100) с указанием размеров между осями всех стен и перегородок, проставить ориентацию здания и номера всех отапливаемых помещений.
Помещения нумеруются по ходу движения часовой стрелки, начиная с левого верхнего помещения на плане здания, трехзначным числом: первая цифра – номер этажа, две последние цифры – порядковый номер помещения (101, 102 и.т.д., 201, 202 и т.д.). Номера проставляются на чертежах в каждом помещении в одинарном кружке.
Лестничные клетки в здании нумеруются отдельно (ЛК1, ЛК2 и т.д.) и независимо от этажности здания рассматриваются как одно помещение.
При выявлении отапливаемых помещений необходимо иметь в виду, что для вспомогательных помещений, не примыкающих к наружным стенам (изолированные туалеты, коридоры, кладовые и др.), тепловые потери отдельно не рассчитываются. Как правило, потери тепла через полы первого и потолки верхнего этажей в таких помещениях незначительны, и поэтому нагревательные приборы в них не устанавливаются. Отапливаются вспомогательные помещения так называемым вторичным теплом, за счет перемещения нагретого воздуха из соседних помещений.
Ванные комнаты и совместные санузлы, не примыкающие к наружным стенам, также не относятся к отапливаемым помещениям, так как они обогреваются полотенцесушителями, присоединенными к системе горячего водоснабжения.
–4–
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫОТОПЛЕНИЯ
Тепловая мощность системы отопления определяется составлением теплового баланса потерь тепла через наружные ограждения отапливаемых помещений здания и потерь тепла на нагрев инфильтрационного воздуха и тепловых поступлений. Потери тепла через ограждающие конструкции (Qтп, Вт) рассчитываются по формуле
(1)
где k - коэффициент теплопередачи через соответствующие ограждения, 
, Вт/м2· град;
Ro - термическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2×град/Вт;
F - площадь ограждения, которая определяется в соответствии с правилами обмера, приведенными в /1/, м2 (смотри рис. 1);
tв - расчетная температура воздуха внутри помещения (°С), принимаемая согласно /2/;
tн5 – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления (°С), равная средней температуре наиболее холодной пятидневки /3/;
n – коэффициент уменьшения расчетной разности температур, принимаемый в соответствии с /4/;
– добавочные потери тепла (смотри стр.8).
Коэффициент n для покрытия зданий без чердака с вентилируемой воздушной прослойкой следует принимать таким же, как для зданий с чердаками. При этом воздушную прослойку следует рассматривать как чердачное пространство, а находящуюся над ней конструкцию, как кровлю.
Ограждениями, теряющими тепло, считаются такие, которые граничат:
- с наружным воздухом (стены, окна, входные и балконные двери, перекрытия над проездами, бесчердачные покрытия);
- с не отапливаемыми помещениями (чердачные перекрытия, а также перекрытия над подвалами и подпольями);
–5–
- с помещениями, имеющими температуру внутреннего воздуха более чем на 3°С ниже, чем в рассчитываемом помещении.
Линейные размеры ограждающих конструкций следует определять с точностью до 0,01 м следующим образом (дополнительно см. рис. 1)
а) для световых проемов и дверей - по наименьшим размерам строительных проемов в свету;
б) для потолков и полов – между осями внутренних стен и от внутренней поверхности наружных стен до осей внутренних стен;
в) высоту стен первого этажа – от уровня нижней поверхности перекрытия над подвалом до уровня чистого пола второго этажа при наличии не отапливаемого подвала или подполья; от нижнего уровня подготовки для пола первого этажа до уровня чистого пола второго этажа при наличии пола на лагах; от уровня чистого пола первого этажа до уровня чистого пола второго этажа при наличии пола, расположенного непосредственно на грунте;
г) высоту стен промежуточного этажа – между отметками чистых полов данного и вышележащего этажей;
д) высоту стен верхнего этажа – от уровня чистого пола до верха утеплителя чердачного перекрытия при наличии чердака и от уровня чистого пола до пересечения внутренней поверхности наружной стены с верхней плоскостью покрытия при отсутствии чердака;
е) длину наружных стен: для не угловых помещений – между осями внутренних стен, для угловых помещений – от внешних поверхностей наружных стен до осей внутренних стен или до внешних поверхностей наружных стен;
ж) длину внутренних стен – от внутренних поверхностей наружных стен до осей внутренних стен или между осями внутренних стен.
Площади наружных ограждающих конструкций необходимо определять с точностью до 0,1 м2. При вычислении площади наружных стен необходимо учитывать наличие в них наружных входных дверей – из
общей площади стены следует вычесть площадь входных дверей, однако из площади стен не вычитать площадь окон и балконных дверей. Удобнее в расчетах уменьшить величину коэффициента теплопередачи окна на величину коэффициента теплопередачи наружной стены(kок – kст).При этом итоговый результат (сумма потерь тепла наружными стенами и окнами с балконными дверями) не изменится, так как вспомогательные помещения здания отапливаются вторичным теплом, потери тепла в них через полы первого и потолки верхнего этажей вычисляются совместно с тепловыми потерями отапливаемых помещений. Поэтому площадь полов и потолков вспомогательных помещений Fвсп делится на число частей z, соответствующее количеству сообщающихся с этими помещениями
–6–
смежных комнат и кухонь, имеющих нагревательные приборы, и прибавляется к фактической площади пола и потолка Fп (м2) отапливаемых помещений:
(2)
Рис. 1. Обмер площадей в плане и по высоте:
НС — наружная стена; Пл—пол; Пт—потолок; О—окна, двери; 1—пол на грунте; 2— пол на лагах; 3 — пол над не отапливаемыми помещениями; 4 — бесчердачное покрытие
Добавочные потери тепла ограждающими конструкциями помещения (b) определяются в долях от основных потерь тепла в соответствии со СНиП
/5/.
Значения этих добавок составляют:
а) для наружных вертикальных стен, дверей и световых проемов зданий любого назначения, обращенных:
- на север, восток, северо-восток, северо-запад – 0,10;
- на юго-восток и запад – 0,05;
–7–
б) в зданиях любого назначения для наружных дверей, не оборудованных воздушными или воздушно-тепловыми завесами (при высоте здания Н, м):
- тройных с двумя тамбурами между ними – 0,2 Н,
- двойных без тамбура – 0,34 Н;
- двойных с тамбуром между ними – 0,27 Н;
- одинарных – 0,22 Н;
Добавочные потери тепла через летние или запасные двери учитывать не следует.
Для наружных окон и балконных дверей необходимо учитывать потери тепла на нагревание наружного воздуха, поступающего в помещение путем инфильтрации через неплотности (щели притворов) в результате действия теплового и ветрового давления.
Добавочные тепловые потери на нагрев инфильтрующегося в помещение через наружные ограждения воздуха определяются как наибольшее из двух значений:
Qи – в расчете на количество воздуха, поступающее через неплотности ограждений за счет теплового и ветрового давлений, Вт, (формула 3);
Qв – в расчете на количество воздуха, которое должно поступать в помещения по нормам вентиляционного воздухообмена, Вт, (формула 4).
(3)
где Gi – количество инфильтрующегося воздуха, через ограждающие конструкции помещения, кг/час;
с – удельная теплоемкость воздуха, с= 1к Дж/(кг×°С);
tв, tн – температура, соответственно, внутреннего и наружного воздуха, °С;
к – коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях,
к=0,7 для окон с тройными переплетами,
к=0,8 для окон и балконных дверей с раздельными переплетами,
к=1,0 для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплетами и открытых проемов.
(4)
–8–
где Lп – расход удаляемого воздуха, м3/час, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, для жилых зданий Lп=3Fп, где Fп площадь жилых помещений;
r – плотность воздуха в помещениях, кг/м3.
Количество инфильтрующегося в помещение воздуха определяется по формуле
(5)
где А1, А2 – площадь окон и балконных дверей соответственно, м2;
DРi, DР1 – расчетная разность между давлениями на наружной и внутренней; поверхностях ограждающих конструкций, соответственно на расчетном этаже и на уровне пола первого этажа, Па;
Rи – сопротивление проницанию воздуха (м2×ч×Па)/кг, принимается по строительным нормам /4/, либо по данным производителя;
Gн – нормативная воздухопроницаемость наружных ограждающих конструкций, кг/(м2×ч) /4/.
Расчетная разность давлений определяется по формуле
(6)
где H – высота здания от уровня земли до верха карниза, м;
hi – высота от уровня земли до верха окон, балконных дверей рассчитываемого помещения, м;
gн, gв – удельный вес, Н/м3, соответственно наружного воздуха и воздуха в помещении, определяемый по формуле
(7)
rн – плотность наружного воздуха, кг/м3;
u – скорость ветра (приложение 8 [5]) м/с;
сеn, сер – аэродинамические коэффициенты, соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания, сеn=0,8, сер= -0,6;
к1 – коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания, принимается согласно /6/.
-9-
| Н, м | ||||||||||
| к1 | 0,4 | 0,59 | 0,63 | 0,7 | 0,78 | 0,85 | 0,92 | 0,95 | 1,0 | 1,05 |
В соответствии с /5/ при расчете тепловых потерь в жилых помещениях следует учитывать бытовые тепловыделения (Вт):
(8)
где Fп – площадь пола (или потолка) помещений, где предусматривается установка нагревательных приборов, м2.
Расчетные потери тепла помещений жилого здания (Вт)
(9)
Расчет тепловых потерь здания проводится в табличной форме, представленной в прил. 2 данных указаний. Эту таблицу (ведомость расчета) нужно заполнять, последовательно рассчитывая тепловые потери помещений, расположенных на одном этаже.
Тепловые потери лестничных клеток рассчитываются в конце таблицы, после всех остальных помещений. По каждому этажу и по всему зданию в целом подводится итог. Итоговые значения округляются до 5 Вт.
В ведомости расчета потерь тепла ограждающие конструкции обозначаются двумя заглавными буквами: НС - наружная стена; ПЛ - пол; ПТ - потолок; ОО, ДО, ТО - окна соответственно с одинарным, двойным и тройным остеклением; ЕД, ОД, ДЦ, ТД - балконные и входные двери соответственно одинарные, двойные и тройные.
Если на одном этаже здания есть несколько равных по размерам и одинаковых по ориентации помещений, подробный расчет тепловых потерь проводится только для одного из них. Для остальных в ведомости расчета тепловых потерь проставляются номер помещений, ссылки на номер аналогичного помещения, для которого выполнен подробный расчет, и приводится значение расчетных потерь тепла помещения в соответствующей графе.
Все полученные значения тепловых потерь помещений и лестничных клеток наносятся на поэтажные планы в виде табличек таким образом, чтобы вверху таблички были записаны тепловые потери верхнего этажа, внизу – первого. В табличках оставляется место для указания числа секций для секционных радиаторов или марки других нагревательных приборов.
–10–
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЯ
3.1Конструирование системы отопления
В жилых домах согласно / 5 / рекомендуются к применению водяные системы отопления с радиаторами, конвекторами или встроенными в строительные конструкции нагревательными элементами. Предельная температура теплоносителя в 2-хтрубных системах отопления жилых зданий 95°С в подающей магистрали и 70°С в обратной, в однотрубных 105°С в подающей и 70°С в обратной.
Конструирование систем отопления начинается с выбора типа отопительных приборов и расстановки их на поэтажных планах. Местные нагревательные приборы - радиаторы, конвекторы и другие - для систем отопления следует принимать из числа изготавливаемых промышленностью. При выборе конвекторов в качестве отопительных приборов перед гидравлическим расчетом необходимо определить их длину, так как потери давления в этих приборах учитываются как потери по длине (7). Нагревательные приборы следует устанавливать преимущественно под световыми проемами и около наружных стен. Все нагревательные приборы лестничных клеток необходимо размещать внизу за входным тамбуром так, чтобы не сокращать ширину маршей и промежуточных площадок, не образовывать выступы плоскости стен на уровне движения.
Максимальное количество секций радиаторов в нагревательном приборе при искусственной циркуляции воды – 25. При числе секций в радиаторах более 25 следует предусматривать установку двух приборов.
На поэтажных планах нагревательные приборы условно показываются прямоугольником2х12 мм. В жилых и гражданских зданиях нагревательные приборы оборудуются арматурой, позволяющей осуществлять монтажную и эксплуатационную регулировку. У приборов лестничных клеток регулировочная арматура не предусматривается.
После расстановки нагревательных приборов приступают к выбору принципиальной схемы системы отопления. Выбор схемы зависит от конструктивных особенностей здания (наличие подвала, чердака). При наличии чердака можно проектировать отопление с верхней разводкой, т.е. с прокладкой подающих магистралей (от главного стояка к отопительным стоякам) по чердаку, а обратных – в подвале или в каналах под полом 1-го этажа. При отсутствии чердака, но при наличии подвала необходимо проектировать систему отопления с нижней разводкой, то есть с прокладкой обеих магистралей вдоль наружных стен под потолком подвала. При отсутствии чердака и подвала лучше всего выполнить
-11-
систему отопления с нижней разводкой и с прокладкой обеих магистралей в каналах под полом 1-го этажа вдоль фундаментов.
На поэтажных планах расставляются стояки (в том числе главный), на планах чердака и подвала наносятся подающие и обратные магистрали. Стояки к магистралям должны быть присоединены таким образом, чтобы
все параллельные ветви систем имели примерно одинаковую тепловую нагрузку и длину. Необходимо, чтобы подающий и обратный стояки, обслуживающие одни и те же приборы, присоединялись к соответствующим магистралям в одной и той же ветви.
Прокладку стояков следует предусматривать «открытой» и размещать их в простенках и в углах наружных стен для предотвращения промерзания. В двухтрубных системах горячие стояки всегда прокладываются справа, а обратные – слева, если смотреть со стороны помещения.
Нагревательные приборы размещаются в помещениях так, чтобы в системе было наименьшее количество стояков, а ответвления к ним (подводки) имели наименьшую длину. В вертикальных двухтрубных системах отопления можно присоединить нагревательные приборы к стоякам так, чтобы они имели двухстороннюю нагрузку.
Трубопроводы системы отопления при прокладке по подвалу не должны пересекать оконных и дверных проемов. При пересечении лестничных клеток разводящие магистрали выполняются с обводом в вертикальной плоскости, в нижних точках которого ставятся спускники. Спуск воды из системы осуществляется в раковину теплового пункта; уклон труб магистралей в сторону спуска не менее 2мм на метр.
Индивидуальный тепловой пункт, включающий в себя узел управления системой отопления с запорной и контрольно-измерительной аппаратурой, следует размещать преимущественно рядом с вводом в здание трубопроводов от наружной тепловой сети в подвале, техническом подполье или при их отсутствии в нижней части заглубленной лестничной клетки в закрывающемся помещении. Узел управления крепится к внутренней стене на высоте 1,2-1,5 м от пола.
По чердаку, при верхней разводке, магистрали прокладываются параллельно наружным стенам с отступом от них 1,5 м и на высоте 1м от перекрытия, с подъемом к расширительному баку или воздухосборнику. Не допускается пересечение трубопроводами вентиляционных и дымовых каналов, шахт и люков для выхода на чердак. Удаление воздуха в системах с искусственной циркуляцией при верхней разводке производится при помощи проточных воздухосборников; при нижней разводке – через воздуховыпускные краны, устанавливаемые в верхних пробках радиаторов последнего этажа, а в системах с плинтусными конвекторами – в верхних точках стояков.
-12-
Нагревательные приборы и установки для отопления лестничных клеток следует присоединять к отдельным стоякам систем отопления по однотрубной проточной схеме.
Для отключения стояков в местах присоединения к горячей и обратной магистрали устанавливаются пробочные краны или прямоточные вентили. Перед кранами для опорожнения стояков устанавливаются тройники с пробками. В зданиях до трех этажей включительно краны на стояках не устанавливаются; исключение составляют стояки лестничных клеток, подлежащие отключению независимо от этажности здания. Для регулирования и отключения отдельных ветвей системы необходимо предусматривать запорную и регулирующую арматуру на подающих и обратных магистралях.
Аксонометрическая схема трубопроводов системы отопления вычерчивается в масштабе 1:100 во фронтальной изометрии. Во избежание ошибок она должна выполняться только после нанесения на поэтажные планы всех стояков, магистралей и нагревательных приборов. Вычерчивание аксонометрической схемы надо начинать с изображения обратной магистрали и присоединенных к ней стояков. Для того чтобы не получилось накладки изображения различных стояков друг на друга, рекомендуется вычертить схему с разрывом, изобразив отдельно каждую ветку (вдоль продольных стен здания).
Отопительные стояки нумеруются на каждом поэтажном плане и на схеме. Радиаторы на схеме условно изображаются прямоугольником 6х12мм. На схеме показывается вся запорная и регулирующая арматура, устройства для выпуска воздуха и спуска воды, а так же уклоны магистральных трубопроводов.
На аксонометрической схеме у каждого нагревательного прибора проставляется его тепловая нагрузка, т.е. тепловые потери помещения, обслуживаемого данным прибором. Эти нагрузки суммируются по стояку и результат записывается над стояком возле его номера. Затем суммируются нагрузки по всем ветвям системы, и их сумма должна быть равна тепловым потерям здания.
Конечным результатом проектирования системы отопления является определение диаметров трубопроводов, поверхностей нагревательных приборов (количество секций), а также подбор оборудования теплового пункта. Все эти данные после окончания расчета должны быть зафиксированы на аксонометрической схеме и на поэтажных планах. На чертежах проставляются диаметры трубопроводов и количество секций либо марка рассчитанных приборов. Чертежи выполняются в соответствии с /8/.
–13–
3.2.Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления
Целью расчета является подбор диаметров трубопроводов при заданных тепловых нагрузках и расчетной величине располагаемого циркуляционного давления.
Для выполнения гидравлического расчета сначала необходимо выбрать на подготовленной схеме системы главное циркуляционное кольцо, которое представляет собой замкнутый контур циркуляции, включающий в себя наиболее невыгодно расположенный нагревательный прибор, узел управления и соединяющие их трубопроводы. Наиболее невыгодно расположенным прибором, в двухтрубных вертикальных системах отопления с верхней и нижней разводкой подающих магистралей и тупиковым движением теплоносителя, является наиболее нагруженный из наиболее удаленных прибор 1-го этажа.
Главное циркуляционное кольцо на схеме разбивается на участки, для каждого участка проставляются его тепловая нагрузка, длина и порядковый номер, начиная от узла управления до прибора и обратно. Участком считается отрезок трубопровода, на протяжении которого расход воды и температура трубы остаются без изменения.
Располагаемое циркуляционное давление Ррасп (Па)при искусственном побуждении движения теплоносителя рассчитывается по формуле
(13)
где Ри – искусственное давление, создаваемое насосом или элеватором, Па. При зависимом непосредственном присоединении давление, создаваемое насосом, равно перепаду в магистралях тепловых сетей на вводе в здание, принимается по приложению 1. При зависимом присоединении систем отопления к наружным тепловым сетям со смешением в элеваторе, величину искусственного давления нужно рассчитать в зависимости от давления перед элеватором Рэ.зад (см. разд.3.4 данных рекомендаций) по формуле
(14)
где и – коэффициент смешения, или коэффициент эжекции элеватора (см. разд.3.3 данных методических рекомендаций).
Ре – естественное циркуляционное давление в расчетном кольце, возникающее за счет остывания воды в нагревательном приборе, Па;
DРе.тр – дополнительное естественное давление, возникающее от охлаждения воды в трубопроводах /1/;
–14-
Б - коэффициент, учитывающий снижение величины естественного давления в течение отопительного сезона по сравнению с максимальной величиной, соответствующей параметрам воды в системе при расчетной температуре наружного воздуха tн5 в двухтрубных системах Б =0,4. В однотрубных системах естественное давление учитывается полностью, то есть Б=1,0
. Естественное давление Ре (Па) для приборов 1-го этажа двухтрубных систем рассчитывается по формуле
(15)
где h1 – расстояние от центра нагрева до середины прибора 1-го этажа,м;
g - ускорение свободного падения, м2/с;
rг, rо – плотность воды в подающих и обратных трубопроводах, прил.3 /5/, кг/м3.
Для приборов второго этажа и последующих
(16),
где Δh-превышение центра прибора второго этажа над центром первого, м.
При выполнении расчетов удобнее пользоваться не плотностью, а температурой теплоносителя и формула тогда выглядит так:
Ρ= Δĥ· ģ· β· (tг – tо) (17), где
β – коэффициент учитывающий увеличение плотности теплоносителя при остывании на один градус, /1/, стр.89.
Задачей гидравлического расчета является подбор таких диаметров трубопроводов главного циркуляционного кольца, чтобы суммарные потери давления в них на трение и местные сопротивления были на 5-10 % меньше располагаемого давления. Должен быть создан запас на неучтенные потери и соблюдено равенство
(18)
где R - удельные потери напора на трение в трубопроводах отдельных участков, Па на 1 погонный метр;
l - длина участков,м;
z - потери напора на местные сопротивления на тех же участках, Па.
Гидравлический расчет трубопроводов расчетных колец ведется в табличной форме (прил.4 данных рекомендаций). После заполнения первой и второй граф данной таблицы, где приведены номера и тепловые нагрузки каждого расчетного участка рассматриваемого кольца, определяется расчетный расход воды на участке. Расчетный расход воды (кг/ч) на каждом участке определяется по формуле
-15-
(19)
где Qi – тепловая нагрузка расчетного участка, Вт;
tг, tо – температура теплоносителя в подающих и обратных трубопроводах системы отопления, °С;
с – теплоемкость воды, кДж/(кг°С), с=4,19 кДж/(кг°С);
b1 – коэффициент, учитывающий потери тепла через стены за нагревательными приборами, табл. 9.4 (1);
b2 – коэффициент учитывающий увеличение теплоотдачи за счет увеличения площади нагревательных приборов при округлении, табл.9.5 (1).
Выбор диаметров участков производится исходя из условия максимального приближения фактических потерь напора на трение на участке Ri. к значению средних удельных потерь на трение на участке в рассматриваемом циркуляционном кольце – Rср. Значение Rср — определяется с учетом того, что около 65 % располагаемого циркуляционного напора расходуется на преодоление сопротивления трения. Отсюда
(20)
где Ррасп – располагаемое циркуляционное давление, рассматриваемого кольца, Па;
S lц.к. – сумма длин всех участков рассматриваемого циркуляционного кольца, м.
По Rср при определенных значениях Gi в прил.ІІ /1/ ("Таблица для расчета трубопроводов") выбирается диаметр теплопровода, фактические потери на трение R.i и скорость движения воды ui. (м/с). Эти данные вносятся в расчетную таблицу. Смотри приложение 2.
Умножением R.i. на li для каждого участка находятся потери на трение по всей его длине и вносятся в таблицу.
По таблице ІІ.12 /1/ определяется сумма коэффициентов местных сопротивлений Sxi. При определении x нужно всегда иметь в виду, что местное сопротивление тройников и крестовин при слиянии и разделении потоков следует относить к участкам с меньшим (долевым) расходом воды.
Потери давления в местных сопротивлениях участка zi определяются с помощью таблицы ІІ.3 /1/ в зависимости от значения величин xi и ui и
-16-
вносятся в расчетную таблицу. Величины Rl и z с кладываются отдельно по каждому участку, после чего суммируются все потери давления по
главному циркуляционному кольцу и сопоставляются с величиной 0,9......0,95 Pрасп. Если равенство (18) выполняется, то расчет кольца считается законченным; в противном случае изменяют диаметры трубопровода на нескольких участках и расчет повторяют до получения равенства.
После расчета кольца нижнего прибора, выполняется расчет колец через приборы вышележащих этажей того же стояка. Расчетное циркуляционное давление для полукольца через приборы 2-го этажа вычисляется по формуле
ΔΡ= S(Rl+z)под1 + Δĥ2 ģ β (t-t) (21)
где S(Rl+z)под1 – потери давления в подводках прибора нижележащего (первого) этажа;
Δĥ2 - превышение оси прибора второго этажа над осью прибора первого этажа, м.
При расчетах полукольца приборов третьего этажа того же стояка учитываются S(Rl+z)под2 и Δĥ3и т.д.
В связи с ограниченностью сортамента труб, применяемых в системах отопления, в кольцах приборов верхних этажей получаются избыточные давления, которые приходится гасить регулировочной арматурой на подводке к приборам.
Затем рассчитывается параллельное (второстепенное) циркуляционное кольцо, через более близкий к узлу управления стояк в той же ветви. Расчет кольца через прибор нижнего этажа ближайшего стояка выполняется в той же последовательности, что и главного циркуляционного кольца. Располагаемые потери давления для расчета параллельного кольца определяются из условия, что потери давления на параллельных участках должны быть равны, поэтому:
ΔРр=Σ(R·ι+Ζ)не общ (22)
Сравниваются потери давления на не общих участках в параллельных кольцах. Естественное давление для приборов одного и того же этажа не меняется, поэтому оно больше не учитывается. Для двухтрубных систем допустимая невязка до 25%, для однотрубных систем – до 15%. Для систем с попутным движением теплоносителя - допустимая невязка до 5%. Если путем изменения диаметра не удается увязать параллельные кольца, допускается устанавливать на стояках регулировочные клапаны или диафрагмы (шайбы), за счет которых гасится избыток напора. Клапаны подбираются в соответствии с техническими
-17-
характеристиками, а требуемый диаметр отверстия диафрагмы (dш, мм) определяется по формуле:
(23)
где Gст –- расход воды в месте установки диафрагмы, кг
DРш - разность потерь давления в увязываемых кольцах, Па.
Диаметр отверстия шайбы во избежание засорения должен быть не менее 3 мм. Расчет полуколец приборов верхних этажей ближнего стояка аналогичен расчету циркуляционного кольца. По окончании гидравлического расчета на схеме системы и на планах здания проставляются диаметры рассчитанных трубопроводов и диафрагм в соответствии с /8/.
3.3 Расчет однотрубных систем отопления
Гидравлический расчет однотрубных систем отопления производится по способу гидравлических характеристик сопротивления, который еще называют расчетом с переменным перепадом температур. При этом расчете определяется фактический расход теплоносителя в стояке системы, необходимый для увязывания потерь давления, и проверяется перепад температуры в стояке, который не должен отличаться от перепада в системе отопления больше, чем на 7о в любую сторону. Сначала, как и при расчете двухтрубных систем, определяется располагаемое давление по формуле (13).
Для стояков однотрубных систем величина естественного давления определяется по формуле:
Ре= (g·β/c·Gст)·Σ(Qi·hi) (24),
где g- ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с;
β- коэффициент, учитывающий увеличение плотности теплоносителя при остывании на 1о, таблица 10.4/5/;
с- теплоемкость воды, как теплоносителя, 4,19 кДж/кгоС;
Gст- расход воды в стояке, кг/час, формула (19);
Qi- тепловая нагрузка прибора i-го этажа, Вт;
hi- вертикальное расстояние от центра нагрева до центра прибора i-го этажа.
Слагаемых в формуле столько, сколько этажей в здании.
Коэффициент Б=1. Насосное давление также, как и в двухтрубной системе зависит от схемы присоединения системы отопления к наружным тепловым сетям.
-18-
Затем определяется основное циркуляционное кольцо, которым является кольцо через самый нагруженный стояк из самых дальних.
После этого определяется Rср по формуле (20).
Потери давления на участке определяются по формуле:
ΔРуч=SG2 (25),
где S -гидравлическая характеристика участка, Па/м(кг/ч)2;
G - расход теплоносителя на участке, кг/ч, определяемый по формуле (19).
Гидравлическая характеристика участка определяется по формуле:
S=A·10-4(λ/dв+Σξ) (26),
где A·10-4 - удельное динамическое давление на участке, Па/(кг/ч)2;
λ / dв - приведенный коэффициент гидравлического трения;
Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.
Потери давления в кольце равны сумме потерь давления на последовательно соединенных участках кольца, то есть
ΔРсо=Σ(SG2) (27)
Расчет начинается не от источника тепла, а с расчета самого дальнего стояка, при этом расход теплоносителя в стояке определяется из условия, что перепад температуры в стояке больше перепада в системе отопления на (3-5о). Затем определяется
Sуд= Rср / G2 (28)
По табл.10.7 /1/, в зависимости от полученной величины, выбирается диаметр участка, А- удельное динамическое давление на участке и λ / dв.
Определяется фактическая гидравлическая характеристика участка при выбранном диаметре трубопровода (формула 25) и потери давления на данном участке (формула 26). Расчет также выполняется в табличной форме (см.прилож. 5).
После этого переходят к расчету второго, более ближнего стояка, считая, что потери давления в нем равны потерям давления в самом дальнем стояке.
Расчет начинают с определения предварительного расхода теплоносителя на стояке при перепаде температур равном перепаду в системе в целом. Затем определяется Sду, по ней - диаметр и расчетные коэффициенты, после фактическая гидравлическая характеристика участка. Фактический расход теплоносителя на участке определяется по формуле:
Gф=(ΔРуч/ Sф)0,5 (29)
-19-
На стояке необходимо проверить перепад температур по формуле:
Δτст=Qст/с ·Gф (30)
Этот перепад не должен отличаться от перепада температур в системе отопления больше, чем на 7о в любую сторону, иначе необходимо изменить диаметр теплопровода и повторить расчет. Далее определяются потери давления на участках магистралей между рассчитанными стояками
и предыдущим стояком. Расход теплоносителя на магистралях определяется суммированием расходов на уже рассчитанных стояках.
После этого определяется удельная гидравлическая характеристика сопротивления участка S