Гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления

    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
1	2	3	4	5	6	7

 

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
8	9	10	11	12	13

 

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/.