1

7. Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления

Теоретическое обоснование и методика проведена гидравлического расчета системы отопления приведены в главе 8 УМК.

7.1. Примеры гидравлического расчета

Пример 8

Гидравлический расчет двухтрубной вертикальной системы отопления с естественной циркуляцией

Исходные данные

1. Система отопления – вертикальная двухтрубная с верхней разводкой магистралей.

2. Здание трехэтажное. Высота этажа 3,1 м. Радиус действия системы отопления 22 м; горизонтальная протяженность системы 45 м.

3. Нагревательные приборы – чугунные радиаторы МС – 140, установлены у световых проемов.

4. Здание оборудовано индивидуальной отопительной котельной. Параметры теплоносителя t_г = 95 °С, t_о= 70 °С.

5. Расчетные теплопотери здания составляют 106000 Вт.

Порядок расчета

1. Перед началом расчета необходимо детально разработать аксонометрическую схему системы отопления с указанием всех местных сопротивлений (поворотов труб, задвижек, вентилей, отключающих пробочных кранов, тройников и т. д.).

1. Наносим на схеме тепловые нагрузки радиаторов (расчетные теплопотери каждого помещения, ΣQ_ТП , Вт).

3. Выбираем главное циркуляционное кольцо, т.е. кольцо циркуляции через нагревательный прибор первого этажа стояка №10, наиболее удаленного от источника теплоснабжения (рис. 7.1).

4. Разбиваем главное циркуляционное кольцо на участки. Кольцо разбивается на участки по ходу движения теплоносителя, начиная от котельной. Участком называется отрезок трубопровода, на котором количество протекающей воды, температура теплоносителя и диаметр трубопровода остаются неизменными.

Рис. 7.1. Расчетная схема двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой магистралей

и естественной циркуляцией: 1 – тройник с заглушкой; 2 – пробочный кран

5. Нумеруем участки и записываем в графу 1 табл. 7.3.

6. Наносим на участках их длины в метрах и тепловые нагрузки Q, Вт. Тепловые нагрузки начинаем определять от самого дальнего стояка радиатора первого этажа с нарастающим итогом к котельной. Полученные данные заносим соответственно в графы 3 и 2.

7. Определяем расходы теплоносителя на каждом участке.

Например, на участке 1

кг/ч.

где с = 4,187 кДж/(кг∙К) – массовая теплоемкость воды.

Этот расход горячей воды подается по главному стояку на отопление всего здания, а поскольку к дальнему стояку тепловые нагрузки все время снижаются, то и расход воды все время будет уменьшаться.

Например, на участке 7 он 6удет равен

кг/ч.

Величины рассчитанных расходов воды заносим в графу 4.

8. Определяем располагаемое давление в системе отопления:

, (7.1)

где ΔР_е.пр, ΔР_е.тр. – естественное давление, возникающее вследствие охлаждения горячей воды в отопительных приборах и трубопроводах соответственно, Па.

Естественное давление от охлаждения воды в отопительных приборах вертикальных двухтрубных систем отопления, где циркуляционные контуры проходят через каждый прибор, рассчитывают для любого контура по формуле

, (7.2)

где g – ускорение свободного падения;

h_j – расстояние по вертикали между центрами нагревательного прибора и центром отопительного котла, м;

ρ_о и ρ_г - плотность воды соответственно в обратной и подающей магистралях, кг/м³.

Расчет располагаемого давления от остывания воды в нагревательных приборах производим для радиатора первого этажа, поскольку, согласно формуле (7.2) в этом случае будут наихудшие условия для циркуляции:

ΔP_е.пр.= gh₁(ρ_о - ρ_г) = 9,81·3,1(977,81-961,91) = 483,2 Па,

где ρ_о = 977,81 кг/м³, ρ_г = 961,92 кг/м³ – принимаются по справочнику [5. табл. III.4] при температуре t_о = 70 °С и t_г = 95 °С соответственно.

Дополнительное естественное давление от остывания воды в трубопроводах ΔРе.тр возникает в двухтрубных системах с верхней разводкой магистралей. Его определяют по вспомогательной табл. 7.1[5].

Таблица 7.1

Естественное давление ΔРе.тр от охлаждения воды в трубопроводах двухтрубной системы водяного отопления при верхней разводке и естественной циркуляции

Горизонтальное протяжение системы, м	Высота нагревательного прибора над котлом, м	Величина ΔPе.тр., Па, при расстоянии от главного стояка до расчетного, м
		< 10	10 … 20	20 … 30	30 … 50	50 … 70	70 … 100
Здание в один или два этажа
< 25	< 7	100	100	150	–	–	–
25…50		100	100	150	200	–	–
50…75		100	100	150	150	200	–
75…100		100	100	150	150	200	250
Здание в три или четыре этажа
< 25	< 15	250	250	350	–	–	–
25…50		250	250	300	350	–	–
50…75		250	250	250	300	350	–
75…100		250	250	250	300	350	400

В системах с нижней разводкой магистралей величина ΔP_е.тр. не учитывается.

Для условий данного примера при горизонтальной протяженности системы 25…50 м, расстоянии от главного стояка до расчетного 20…30 м, для зданий в З или 4 этажа по табл. 7.1 находим

ΔP_е.тр. = 300 Па.

Циркуляционное давление в системе будет равно (по формуле (7.1))

ΔP_ц= ΔP_е.пр.+ ΔP_е.тр.= 483,2+300=783,2 Па.

1. Рассчитываем среднюю удельную линейную потерю давления в главном циркуляционном кольце по формуле:

(7.3)

где ΔP_ц – располагаемый перепад давления (циркуляционное давление);

∑l – суммарная длина всего кольца;

b – коэффициент, учитывающий долю потерь давления на местные сопротивления.

В соответствии с рекомендациями [5] для двухтрубных систем отопления с естественной циркуляцией принимаем b = 0.5; общая длина трубопроводов циркуляционного кольца равна ∑l = 81 м.

Па/м.

10. Ориентируясь на полученное значение Rcp, при заданном расходе теплоносителя G, кг/ч, подбираем по таблицам гидравлического расчета (прил. 10) диаметр участка трубопровода dy, мм, и определяем фактические удельные потери давления на трение R, Па/м, и скорость теплоносителя υ, м/с. Полученные данные заносим в графы 5, 6, 7. При этом необходимо следить, чтобы скорости теплоносителя не превышали предельно-допустимых величин.

Например, для участка 3 при расходе G = 897 кг/ч расчетный диаметр составляет d_y = 50 мм, υ = 0,122 м/c, R = 0,45 кгс/м²∙м, что соответствует величине R = 4,5 Па/м.

При подборе диаметров трубопроводов необходимо учитывать, что диаметр стояка должен быть не менее 20 мм, а диаметр подводок к радиатору не менее 15 мм.

Расчетные диаметры трубопроводов проставляются на аксонометрической схеме системы отопления в графической части курсовой работы.

11. Находим на каждом участке потери давления на трение R1, Па и заносим в графу 8.

12. Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений (к.м.с.) ∑ζ на расчетных участках.

Значения величин к.м.с. для характерных местных сопротивлений систем отопления в соответствии со справочными данными [5, табл. III.60] приведены в табл. 7.2.

Таблица 7.2