Билет №46 Последовательность расчета системы отопления по гидравлическим характеристикам сопротивлленя

Система водяного отопления представляет собой раз­ветвленную закольцованную сеть труб и приборов, запол­ненных водой. Вода в течение отопительного сезона нахо­дится в постоянном кругообороте. По трубам (теплопрово­дам) нагретая вода распределяется по приборам, охлаж­денная в приборах вода собирается воедино, нагревается в теплообменнике и вновь направляется к приборам. Тепло­проводы предназначены для доставки и передачи в каждое помещение обогреваемого здания необходимого количества тепловой энергии. Так как теплопередача происходит при охлаждении определенного количества воды, требуется выполнить гидравлический расчет системы.

Гидравлический расчет проводится по законам гид­равлики. Расчет основан на следующем принципе: при установившемся движении воды действующая в системе разность давления (насосного и естественного) полностью расходуется на преодоление сопротивления движению.

Правильный гидравлический расчет предопределяет ра­ботоспособность системы отопления. Точный расчет системы связан с решением большого числа нелинейных уравнений. В этих усло­виях гидравлический расчет заключается в подборе по сортаменту площади поперечного сечения (диаметра) труб, достаточной для подачи нужного количества воды в прибо­ры системы. Потери давления при перемещении требуемого количества воды по трубам принятого диаметра определя­ют гидравлическое сопротивление системы.

Гидравлическое сопротивление системы, как установле­но, должно соответствовать действующей разности давле­ния, а в расчетных условиях циркуляции воды — расчетному циркуляционному давлению.

Тепловая нагрузка системы отопления в целом равна сумме тепловых нагрузок всех приборов (теплопотерь помещений). По общей теплопотребности для отопления здания определяют расход воды в системе

Гидравлический расчет связан с тепловым расчетом отопительных приборов и труб. Требуется многократное повторение расчетов для выявления действительных рас­хода и температуры воды, необходимой площади приборов. При расчете вручную сначала выполняют гидравлический расчет системы, принимая средние значения коэффициента местного сопротивления (KMC) приборов, затем — тепловой расчет труб и приборов.

Если в системе применяют конвекторы, в конструкцию которых входят трубы D_y —15 и 20 мм, то для более точного расчета предварительно определяют длину этих труб, а после гидравлического расчета с учетом потерь давления в трубах приборов, уточнив расход и температуру воды, вно­сят поправки в размеры приборов. Коэффициент гидравлического трения зависит от режима движения жидкости (ламинарного или турбулентно­го) в трубах и приборах систем отопления.

Турбулентное движение воды наблюдается в современ­ных насосных системах (особенно однотрубных) много­этажных зданий.

Ламинарное движение встречается в чугунных отопи­тельных приборах и в трубах систем с естественной цирку­ляцией воды малоэтажных зданий.

Коэффициент гидравлического трения дополнительно возрастает при малой скорости движения в связи со значи­тельным охлаждением воды в трубах.

Коэффициент местного сопротивления зависит в основном от геометрической формы препятствий движе­нию (арматура, приборы, воздухосборники, грязевики, коллекторы и т. п.), изменения направления движения и расхода воды (в тройниках, крестовинах, отводах, скобах, утках, калачах и других частях).

Расчет начинают с основного циркуляционного кольца системы. Основным считают циркуляционное кольцо, в котором расчетное циркуляционное давление, при­ходящееся на единицу длины кольца. В вертикальной однотрубной системе — это кольцо через наиболее нагруженный стояк из удаленных от тепло­вого пункта стояков при тупиковом движении воды или также через наиболее нагруженный стояк, но из средних стояков при попутном движении воды в магистралях. В вертикальной двухтрубной системе — это кольцо через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного из удаленных от теплового пункта стояков при тупиковом движении воды или наиболее нагруженного из средних стояков при попутном движении воды в магистралях.

В горизонтальной однотрубной системе многоэтажного здания основное циркуляционное кольцо выбирают по меньшему значению в двух цирку­ляционных кольцах через ветви на верхнем н нижнем эта­жах. Так же поступают при расчете системы с естественной циркуляцией воды, сравнивая значения, в циркуляционных кольцах через отопительные приборы, находя­щиеся на различных расстояниях от теплового пункта.

Гидравлический расчет системы водяного отопления выполняют различными способами. Рассмотрим наиболее распространенные способы.

Первый способ гидравлического расчета — по удельной линейной потере давления, когда подбирают диаметр труб при равных (применяют также термин постоянных) пере­падах температуры воды во всех стояках и ветвях, таких же как расчетный перепад температуры воды во всей системе. Последовательность 1) На аксонометрической схеме выбирается главное циркуляционное кольцо. В двухтрубных системах водяного отопления оно проходит при тупиковой разводке магистралей через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного и удаленного от теплового центра стояка, а при попутном движении воды в магистралях – через нижний прибор наиболее нагруженного среднего стояка; Главное циркуляционное кольцо начинается от узла управления по ходу движения теплоносителя. В однотрубных схемах отопления при тупиковом движении теплоносителя – это кольцо через наиболее нагруженный и удаленный от теплового пункта стояк, а при попутной схеме – через наиболее нагруженный средний стояк. В двухтрубных системах – кольцо через нижний отопительный прибор аналогично выбранных стояков.

2) Главное циркуляционное кольцо разбиваем на расчетные участки (Участок – отрезок магистрали с постоянным G теплоносителя), где указывается G, кг/ч, длина l, м и d труб, мм; Причем стояки проточные и проточно-регулируемые рассматриваются как один участок. Для стояков регулируемых с замыкающими участками и нетиповых стояков, стояки делятся на отдельные участки, в зависимости от распределения теплоносителя в трубах. 3) Для предварительного выбора диаметра трубопроводов определяют среднее значение удельного падения давления по главному циркуляционному кольцу

4) Определяем расход теплоносителя на расчетных участках, кг/ч:

5) Ориентируясь на величину Rcp, G и по предельно-допустимым скоростям движения теплоносителя [СНиП 2.04.05-91 прил.14], по Спр. пр. Староверова ч.I т.II.1 находится предварительный диаметр труб, фактические удельные потери R, и фактическая скорость теплоносителя v. 6) Определяют коэффициент местных сопротивлений [Спр. пр. Староверова, ч.I, т. II.10 ¸ II.20] ∑ξ, затем по известным значениям v и ∑ξ определяют Z, Па. Местные сопротивления на границах 2х участков, относят к участку с меньшим G теплоносителя. 7) Общие потери давления на участке определяются (Rl + z) и записываются нарастающим итогом в главном циркуляционном кольце ∑(Rl + z). 8) После предварительного выбора диаметра труб главного циркуляционного кольца выполняется гидравлическая увязка ∑(Rl + z) с располагаемым давлением ΔPp, Если указанное условие выполняется, тогда приступают к увязке давлений во второстепенных циркуляционных кольцах через промежуточные стояки с давлением в главном циркуляционном кольце без учета общих участков. Для этого сначала определяют располагаемое давление через второстепенный стояк, который должен равняться ∑(Rl + z) главного циркуляционного кольца с поправкой на разность естественного циркуляционного давления во второстепенном ΔPе.вт и основном ΔPе.осн стояках:

10) После подбора диаметра труб стояка должно выполняться условие - потери давления в располагаемом стояке должно быть меньше располагаемого давления ΔPр.ст не больше чем на ± 15 % при тупиковой схеме и ± 5 % при попутной схеме движения теплоносителя:

Второй способ гидравлического расчета — по характе­ристикам сопротивления и проводимостям, когда устанав­ливают распределение потоков воды в циркуляционных кольцах системы и получают неравные (употребляют также термины — переменные, скользящие) перепады температу­ры воды в стояках и ветвях.

Последовательность:

1) Перед выполнением гидравлического расчета конструируется однотрубная система водяного отопления из унифицированных узлов и на построенной схеме выбирается главное циркуляционное кольцо которое делится на расчетные участки с указанием расхода теплоносителя на участке Gуч, кг/ч, длины участка lуч, м, диаметра dуч, мм; 2) Выбирается располагаемый перепад давления ΔPp, Па

При предварительном выборе диаметра трубы для каждого участка вычисляется удельная характеристика сопротивления Sуд, 4) Выполнение гидравлического расчета начинается с самого удаленного и нагруженного стояка в тупиковой системе и с самого нагруженного стояка в системе водяного отопления с попутным движением теплоносителя. Диаметры труб стояка назначают, сопоставляя полученное по формуле (12) Sуд со значением Sуд для стандартных диаметров труб. Для обеспечения тепловой устойчивости системы отопления принимается для стояков меньший ближайший диаметр, с последующей проверкой скорости движения воды в трубопроводах стояка. Возможна конструкция стояков из труб двух различных смежных диаметров. Принятый диаметр труб двух различных смежных диаметров. 5) По выбранному диаметру стояка назначаются диаметры подводки и замыкающего участка узла отопительного прибора. 6) После выбора диаметра труб и типа отопительного прибора определяется характеристика сопротивления стояка по формуле:

7.По характеристике сопротивления стояка Scm и расходу теплоносителя в стояке Gcm, вычисляют потери давления в стояке, Па, Затем производится гидравлический расчет магистральных участков главного циркуляционного кольца. Предварительный выбор диаметра производится путем сопоставления значения Sуд, полученного по формуле (12) со значением Sуд для стандартных диаметров труб. С целью повышения тепловой устойчивости системы отопления для магистралей принимается ближайший больший диаметр труб. 9) Затем проверяется скорость движения воды при выборе диаметра труб. 10) В соответствии с предварительно выбранным диаметром труб на магистральных участках принимаются значения Ag и λ/dу на 1 м трубы. 11) Определяются на расчетных участках магистральных труб сопротивление от трения lуч(λ/dу) и значения коэффициентов местных сопротивлений ∑Sуч. 12) Далее определяются значения Sуч по формуле (2), и Gуч по формуле (13). После вычисления этих значений по формуле (10) рассчитываются потери давления на участках магистральных труб главного циркуляционного кольца. 13) Суммарные потери давления на участках магистральных труб главного (второстепенного) циркуляционного кольца определяются по формуле, Па: ΔPм = Sуч(1)· G2 уч(1)+ Sуч(2)· G2 уч(2) +... + Sуч(n)·G2 уч(n), где Sуч(n)– значения характеристик сопротивления участков магистральных труб главного (второстепенного) циркуляционного кольца, Па/(кг/ч)2; Gуч(n)– расход воды на участках магистральных труб главного (второстепенного) циркуляционного кольца, кг/ч. 14) Определяются общие потери давления. Па, по значениям Scm и Sуч, Gcm и Gуч на каждом расчетном участке, дальнем тупиковом стояке и главном циркуляционном кольце: ΔPc.o = ΔPcm· ΔPì, 15) После предварительного выбора диаметров труб стояка и на участках магистралей главного циркуляционного кольца выполняется гидравлическая увязка при этом должно выполняться условие: 0,9ΔPр ≥ ΔPc.o, Величина невязки А, %, в расходуемых давлениях определяется по уравнению: 16) При обеспечении запаса располагаемого перепада давления 5-10 % приступаем к увязке расходуемых давлений в циркуляционных кольцах через промежуточные стояки главного 17) Рассчитываем располагаемое циркуляционное давление для предпоследнего стояка, которое складывается из потерь давления в последнем стояке и на двух параллельных участках магистралей до рассчитываемого стояка. При этом различием в значениях естественного циркуляционного давления в однотипных стояках можно пренебречь. Исходя из располагаемого давления по характеристикам сопротивления выполняют гидравлический расчет предпоследнего стояка (см. выше п.п. 4, 5, 6, 7). Расчетная невязка между располагаемым давлением и потерями давления в предпоследнем стояке не должны отличаться более чем на ± 15 % при тупиковой схеме и ±5 % при попутной схеме движения теплоносителя. 18) Сумма потерь давления в одном из двух рассчитанных стояков и на двух (четырех) параллельных участках магистралей принимается за располагаемое циркуляционное давление для третьего от конца системы стояка. Порядок гидравлического расчета третьего стояка выполняется аналогично (см. выше п.п. 4, 5, 6, 7, 16). Таким образом, производится гидравлический расчет остальных стояков. При невязках потерь давления в увязываемых кольцах предусматривается установка на стояках дроссельных шайб.

При этом допускают отклонение ±7°С (при 115 °С) и ограничивают минимальную температу­ру воды, уходящей из стояков и ветвей в расчетных усло­виях, 60 °С. Предварительно выбирают диаметр труб на каждом участке с учетом допустимой скорости движения воды и конструктивных соображений. Гидравлический расчет по первому способу раскрывает физическую картину распределения сопротивлений в сис­теме, но выполняется с невязками потерь давления в смеж­ных циркуляционных кольцах. В следствии этого, на прак­тике после окончания монтажных работ требуется прово­дить пусконаладочное регулирование системы во избежа­ние нарушения расчетного распределения воды по прибо­рам.

Гидравлический расчет по второму способу применяют при повышенной скорости движения воды в системе, когда возможно использование постоянных значений коэффи­циентов. В результате расчета определяются действи­тельные значения расхода и температуры воды в ветвях, стояках и приборах системы отопления. Его использование для расчета систем с естественной циркуляцией преумень­шает потери давления и тем более, чем ниже скорость дви­жения воды.