Гидравлический расчет системы отопления

Гидравлический расчет трубопроводов заключается в определении диаметров трубопроводов необходимых для, перемещения определенного количества (расхода) теплоносителя в зависимости от располагаемого давления.

При этом должна быть гарантирована подача теплоносителя во все части системы отопления для обеспечения расчетных тепловых нагрузок нагревательных приборов, бесшумность работы и удаление воздуха из системы отопления.

Общие принципы и последовательность гидравлического расчета систем водяного отопления заключается в следующем.

На основании технико-экономических соображений и нормативных требований в зависимости от назначения, размеров, этажности, конструктивных и технологических особенностей здания выбирают Принципиальную схему системы отопления. После размещения на планах здания (М 1:100) нагревательных приборов, стояков, поквартирных веток, подающих и обратных магистралей конструируют пространственную схему системы отопления (Ml: 100). Для точного учета всех местных сопротивлений на расчетной схеме необходимо указать все изгибы труб, фасонные части (тройники, крестовины, отводы.), арматуру, теплосчетчики или счетчики воды на квартирных ответвлениях, все вспомогательное оборудование и т. д.

Расчетную схему следует выполнять на кальке или миллиметровой бумаге и вложить в пояснительную записку.

На схеме необходимо определить все циркуляционные кольца системы отопления и выбрать из них главное циркуляционное кольцо. Главное циркуляционное кольцо имеет максимальные потери давления в системе отопления. В насосной водяной системе отопления главное циркуляционное кольцо — это кольцо через наиболее удаленный от теплового пункта стояк и нагруженный прибор верхнего этажа при тупиковой схеме движения воды, а при попутной схеме — через наиболее нагруженный средний стояк. Все остальные кольца являются второстепенными. Главное циркуляционное кольцо, а затем второстепенные кольца следует разбить на расчетные участки. Расчетный участок — это участок трубопровода одного диаметра с неизменными тепловой нагрузкой или расходом теплоносителя. На расчетной схеме следует проставить нумерацию участков по ходу движения теплоносителя N_yч, указать длину 1_уч в м, тепловую нагрузку Q_yч в Вт или расход воды G_yч в кг/час. На основании расчета теплопотерь помещений, подбора и размещения нагревательных приборов на схеме наносят тепловые нагрузки на приборы, суммируя их по отдельным стоякам и веткам, определяют тепловые нагрузки участков.

На практике применяют несколько методов гидравлического расчета трубопроводов. Наиболее простой и распространенный метод — метод удельных потерь давления. По этому методу раздельно определяют потери на трение и потери давления в местных сопротивлениях на каждом расчетном участке.

Потери давления на трение.

Потери давления на преодоление сопротивления трения АРтр, Па определяют по формуле.

где ?Р_тр — потери давления на трение на расчетном участке, Па;

лкоэффициент сопротивления трению о стенки трубы теплоносителя;

V-скорость движения воды на расчетном участке трубопровода, м/сек;

рплотность воды, кг/м³;

d — задаваемый внутренний диаметр расчетного участка трубопровода, мм;

R — удельная потеря на трение, Па/м;

1 — длина расчетного участка, м.

Потери давления в местных сопротивлениях.

Местными называются сопротивления, которые возникают при изменении направления и скорости движения воды. Эти изменения происходят в отводах, фасонных частях — тройники, крестовины, сужения, расширения, регулировочно-запорной арматуре, фильтрах, счетчиках воды, нагревательных приборах и. т. д.

Потери давления в местных сопротивлениях? Р_МС, Па определяют по формуле.

где ж - Безразмерный коэффициент местного сопротивления, определяемый по справочной литературе.

Величину потерь давления в местных сопротивлениях Z, Па при расчете систем водяного отопления допускается определять по формуле Применение этой формулы исключает необходимость использования таблицы, в которой значения Z приведены для ограниченного числа Уж.

Общие потери давления на участке трубопровода выражаются суммой потерь на трение и в местных сопротивлениях. Потери давления на участке трубопровода? Р_уч, Па определяют по формуле Определив потери на каждом расчетном участке? Р_уч, затем их суммируют по расчетному кольцу 1ДР_уч и получают потери давления в каждом циркуляционном кольце.

Гидравлический расчет следует начинать с расчета главного циркуляционного кольца. Расчет следует начинать с участка с наименьшей тепловой нагрузкой Q, Вт, т. е. определения наименьшего диаметра d, мм в системе отопления.

Порядок определения диаметров и определения потерь давления на участке заключается в следующем.

Определяют расчетный расход воды на участке G_уч, кг/час, который является исходной величиной для выбора диаметра по формуле.

где Q_yч — тепловая нагрузка участка, определяемая по расчетной схеме и данным расчета теплопотерь в помещениях, Вт.

c, t_г, t_о, в₁, в₁ — то же, что в формуле (35) данных методических указаний.

По значению расхода воды на участке G, кг/час, ориентируясь на допустимые скорости движения воды назначают минимальный диаметр трубопровода d мм и выписывают соответствующие значения удельной потери на трение по длине R, Па/м, скорость движения воды V, м/сек, используя таблицы гидравлического расчета [3, таблица ИЛ, стр. 212] - для стальные труб и [12, таблица Б.1] - для металлополимерных труб. При выборе диаметров труб учитывают предельные значения скорости движения воды. Минимальная скорость движения воды из условия удаления воздуха составляет 0,1 м/сек — вертикальные трубопроводы, 0,25 м/сек — горизонтальные трубопроводы. Рекомендуемые максимальные скорости движения воды из условия бесшумной работы ограничены допустимым уровнем звука в помещении и приведены в [8, приложении 14; 3, таблице 10.5] - для стальных труб и в [12, пункт 3.16] - для металлополимерных труб. Аналогично определяют диаметры остальных участков, а данные расчета заносят в таблицу 6.

Определив виды местных сопротивлений на каждом расчетном участке по расчетной схеме (отопительные приборы, запорно-регулирующая арматура, фасонные части — переходы, отводы, тройники, крестовины, изгибы труб, теплосчетчики или счетчики воды и т. д.), определяют значение ж каждого вида местного сопротивления для стальных труб [3, табл. И. 10−11.12, стр. 258], а для металлопоолимерных по [12, таблица 3], и затем значение Уж на расчетном участке. Местное сопротивление ж, принадлежащее двум смежным участкам (переходы, тройники, крестовины…) относят к участку с большей скоростью движения теплоносителя. Используя значения Уж и скорости движения воды V, м/сек на расчетном участке, определяют потери давления в местных сопротивлениях расчетного участка Z, Па по [3,таблица П. З, стр. 235] или по формуле (39), если Уж >10, а данные расчета заносят в таблицу 6, при этом в графе 12 указывают виды местных сопротивлений по каждому участку. Потери давления в местных сопротивлениях следует принять: теплосчетчик (счетчик воды) квартирный? Р=10 кПа; автоматический термостатический вентиль (RTD-N) устанавливаемый у нагревательного прибора двухтрубных систем? Р=10 кПа.

Гидравлический расчет системы отопления следует выполнять в табличной форме приводимой ниже.

Таблица 6 — Гидравлический расчет системы отопления.

Гидравлический расчет второстепенных циркуляционных колец. Расчет второстепенных циркуляционных колец системы проводят исходя из расчета главного — основного кольца. В каждом новом кольце рассчитывают только дополнительные (не общие) участки параллельно соединенные с участками основного — главного кольца.

Затем увязывают потери давления в смежных параллельно — соединенных участках колец без учета общих участков, т. е. сравнивают потери давления в каждом последующем ответвлении второстепенных колец с потерями давления на наиболее нагруженном направлении (главном).

Расхождение (невязка) в расчетных потерях давления на параллельно соединенных участках (без учета общих участков) допустимо при тупиковом движении воды в магистралях до 15%, при попутном движении ±5%.

При невозможности увязки потерь давления путем изменения диаметра труб и использования составных стояков прибегают к установке дроссельных шайб.

Диаметр дроссельной шайбы следует определять по формуле.

где G — расход воды, где устанавливается дроссельная шайба, кг/ч;

?Р_изб — избыточный напор, погашаемый дроссельной шайбой, Па.

Минимальный диаметр дроссельной шайбы — 3 мм. На аксонометрической схеме системы отопления необходимо указать место установки и диаметр дроссельной шайбы.

В настоящее время для увязки потерь давления в циркуляционных кольцах могут быть использованы балансировочные клапаны.

Гидравлический расчет выполняют также в табличной форме, данные расчета заносят в таблицу 6.

9. Выбор схемы и оборудования теплового пункта системы отопления Присоединение системы отопления к тепловым сетям осуществляется в тепловом пункте, где должны быть установлены: запорно — регулирующая арматура; приборы учета, регулирования и контроля параметров теплоносителя, фильтры, насосно-смесительное (насосы или элеваторы) и теплообменное оборудование. Проектирование теплового пункта, выбор схемы и оборудования следует выполнять согласно указаний по проектированию [5].