2.15. Гидравлический расчет системы водяного отопления по характеристикам сопротивления и проводимостям

Результаты расчета заносятся в таблицу, форма которой дана в приложении 7.

При расчете по этому способу устанавливают распределение потоков воды в циркуляционных кольцах системы и получают неравные (переменные, скользящие) перепады температуры воды в стояках (или ветвях):

(2.113)

где

t_г и t_о – то же, что в формуле (2.37)

При этом допускаются следующие пределы изменения температуры воды в стояках:

(2.114)

где t - температура воды, уходящей из стояка, ˚С.

Рассматриваемый способ гидравлического расчета применяют при проектировании насосных вертикальных и горизонтальных однотрубных систем, вертикальных двухтрубных систем с кранами повышенного сопротивления.

Высокая точность результатов при данном способе расчета обеспечивается при скорости движения воды в трубах 0,8 м/с и более. Если же расчет системы выполнен при скорости движения воды 0,3-0,8 м/с, то фактический расход воды в трубах будет меньше расчетного на 5-10%.

Потери давления на участке в этом случае определяют по формуле:

(2.115)

где S -характеристика гидравлического сопротивления участка; Па/(кг/ч)²;

G - расход воды на участке, кг/ч.

Характеристика гидравлического сопротивления участка вычисляется по формуле:

(2.116)

где А - удельное гидродинамическое давление на участке; Па/(кг/ч)²;

λ, Σζ, l, d_в - то же, что в формулах (2. 61), (2. 62) и (2.65).

Удельное гидродинамическое давление на участке находят по формуле:

(2.117)

где π=3,14;

ρ и d_в - то же, что в формуле (2.62).

Потери давления на участке можно определять также по формуле:

(2.118)

где σ - проводимость участка, (кг/ч)/Па^0,5.

Величины σ и S связаны между собой следующим образом:

(2.119)

В зависимости от способа соединения отдельных участков в циркуляционное кольцо его общая характеристика сопротивления определяется следующим образом:

а) последовательное соединение N участков

(2.120)

б) параллельное соединение N участков, образующих трубный или приборный узел между точками деления и слияния потоков (отнесенная к общему расходу воды)

(2.121)

Если проводимость такого узла

(2.122)

то коэффициент затекания воды в один из участков узла, отнесенный к общему расходу воды равен:

в) последовательное соединение узлов и участков (например, однотрубный стояк, состоящий из участков и приборных узлов)

(2.123)

Гидравлический расчет по характеристикам сопротивления и проводимостям вертикальной однотрубной системы отопления с тупиковым движением воды в магистралях проводят в следующей последовательности ( задано):

а) расчет тупикового стояка

1) по формуле (2.5) определяют расчетное циркуляционное давление с включением в него , вычисленного для среднего стояка при ;

2) на схеме системы отопления выявляют ее основное циркуляционное кольцо, в качестве которого принимают кольцо через наиболее удаленный и нагруженный стояк (тупиковый стояк);

3) в тупиковом стояке рассчитывают расход воды по формуле:

(2.124)

Где - нагрузка тупикового стояка, Вт; определяется с помощью формулы (2.36);

с - удельная массовая теплоемкость воды, равная 4,187 кДж/(кг∙°С);

t_г и t_о - расчетная температура воды, соответственно, поступающей в систему отопления и уходящей из нее, ˚С;

Δ=3 + 5˚С - добавка к температурному перепаду в системе, принимаемая в соответствии с рекомендациями (2.79);

β₁ и β₂ - то же, что в формуле (2.37);

4) по формуле (2.68) находят значение величины R_ср в основном циркуляционном кольце;

5) для тупикового стояка вычисляют значение удельной характеристики сопротивления по формуле:

(2.125)

где G -расход воды на участке, кг/ч; расход воды через тупиковый стояк определяется по формуле (2.89);

6) по значению величины с помощью табл.10.7 [5] подбирают диаметр труб тупикового стояка.

Принимая во внимание, что

(2.126)

а величина А определяется по выражению (2.82), диаметр труб стояка можно найти также с помощью формулы:

(2.127)

где λ -коэффициент гидравлического трения, определяемый по формуле (2.63) или (2.64);

ρ - средняя плотность воды на участке, кг/м³.

При этом следует иметь ввиду, что для стояков из двух стандартных значений, ближайших к расчетному, выбирают наименьшее значение диаметра трубы. Т.е. необходимо соблюдать условие:

(2.128)

7) определяют характеристику сопротивления S_ст.т тупикового стояка (с учетом прилегающих к нему двух участков магистралей).

Характеристику сопротивления у стояков с проточными и проточно-регулируемыми приборными узлами рассчитывают с помощью формул (2.81) и (2.85).

Характеристика сопротивления стояков, имеющих приборные узлы с замыкающими участками, рассчитывается по формулам (2.81) и (2.88);

8) по формуле (2.80) находят потери давления в тупиковом стояке;

б) расчет предпоследнего (второго от конца) стояка

1) в качестве располагаемого давления для предпоследнего стояка принимают потери давления в тупиковом стояке:

(2.129)

2) принимается диаметр труб предпоследнего стояка и рассчитывается его характеристика сопротивления S_ст.2.

Характеристика S_ст.2 рассчитывается по тем же формулам, что и характеристика сопротивления S_ст.т тупикового стояка;

3) определяется расход воды в предпоследнем стояке по формуле:

(2.130)

4) находится перепад температуры воды в предпоследнем стояке по формуле:

(2.131)

где Q_ст.2 - тепловая нагрузка стояка, Вт; определяется по формуле (2.36);

G_ст.2 - расход воды через стояк, кг/ч; определяется по формуле (2.95);

β₁, β₂, с - то же, что в формуле (2.37).

Если условие (2.79) не выполняется, то диаметр труб предпоследнего стояка изменяют и снова повторяют расчет величин: S_ст.2, G_ст.2 и Δt_ст.2

в) расчет парных участков магистралей, расположенных между вторым и третьим (от конца) стояками

1) определяется расход воды через эти участки магистралей:

(2.132)

где - расходы воды, определяемые, соответственно, по формулам (2.95) и (2.89);

2) по формуле (2.90) вычисляется удельная характеристика сопротивления рассматриваемых участков магистралей

3) по значению величины подбирается диаметр этих участков магистралей (см. расчет тупикового стояка).

При выборе диаметра труб магистралей из двух стандартных значений, ближайших к расчетному, выбирают наибольшее значение диаметра;

4) рассчитываются по формуле (2.81) характеристики сопротивления рассматриваемых участков магистралей и ;

5) вычисляются по формуле (2.80) общие потери давления на этих двух участках магистралей (при и .).

Располагаемый перепад давления для третьего стояка (от конца кольца) будет равен сумме потерь давления в последнем (тупиковом) стояке и на двух прилегающих к нему участках магистралей. Определив перепад давления, расчет третьего стояка проводят в такой же последовательности, как и предпоследнего.

Таким же образом продолжают вести расчет остальных стояков и участков магистралей. В итоге находят расход воды и потери давления системе в целом.

Расход воды и потери давления в системе, полученные в результате расчета, сопоставляют с исходными значениями , и .

При этом исходный расход воды в системе отопления равен:

(2.133)

где - тепловая нагрузка системы отопления, равная сумме тепловых нагрузок всех приборов (теплопотерь помещений), Вт;

с, t_г, t_о, β₁, β₂ - то же, что в формуле (2.37),

а потери давления в системе отопления в соответствии с формулой (2.7)

должны составлять:

(2.134)

Если расхождение между расчетными и исходными значениями рассматриваемых величин составит не более 5-10%, то на этом гидравлический расчет заканчивают. При этом уточняют значение насосного циркуляционного давления:

(2.135)

где ΔР_е - то же, что в формуле (2.55).

При значительном расхождении расчетных и исходных (заданных) значений расхода воды и потерь давления в системе проводят уточняющие расчеты. При этом данные расчеты могут проводиться в двух направлениях.

По первому направлению потери давления в системе приводят в соответствие с их расчетным значением , определяемым по формуле (2.99). Если данное соответствие нельзя обеспечить путем изменения диаметра труб и перерасчета потерь давления, например, на головных участках магистралей, то пересчитывают расход воды в системе. Новый расчетный расход воды в системе отопления в этом случае определяют по формуле:

(2.136)

Расход воды на участках системы отопления уточняется с помощью поправочного коэффициента:

(2.137)

Установив действительный расход воды на участках, пересчитывают перепады температуры воды в стояках и уточняют площадь поверхности отопительных приборов.

Во втором случае в системе отопления сохраняют исходный расход воды G_c, определяемый по формуле (2.98). Для этого расход воды на всех участках системы изменяют пропорционально коэффициенту:

(2.128)

Действительные потери давления в системе отопления при расходе воды G_с находят по формуле:

(2.139)

В этом случае также пересчитывают перепады температуры воды в стояках по ее действительному расходу и затем уточняют площадь поверхности отопительных приборов.

Как правило, уточняющие расчеты проводят по первому направлению. Если значение давления ΔР_н не задано, то последовательность гидравлического расчета несколько изменяется в самом его начале. В этом случае удельная характеристика сопротивления S_уд не вычисляется (см. формулу 2.90). Диаметр же труб определяют, предварительно задавшись скоростью движения воды в них.

При этом скорость движения воды в трубах принимается равной или близкой к предельно допустимой по акустическому ограничению скорости. Значения этой скорости приведены в приложении 13 [4].

Расчет коэффициента затекания воды в отопительные приборы, имеющие приборные узлы с замыкающими участками

Особенностью проточных и проточно-регулируемых приборных узлов является то, что они обеспечивают затекание всего теплоносителя из стояка в каждый отопительный прибор.

В отопительные приборы, оснащенные приборными узлами с замыкающими участками, из стояка затекает только часть воды; другая часть воды проходит мимо них по замыкающим участкам.

Количество воды, поступающей из стояка в отопительный прибор, характеризуется коэффициентом затекания:

(2.140)

где G_пр - расход воды через прибор, кг/ч;

G_ст - расход воды через стояк, кг/ч.

Прежде чем определить значение величины α₁, вначале необходимо рассчитать дополнительную характеристику гидравлического сопротивления S_е замыкающего участка. При одностороннем присоединении приборов к стояку величину S_е определяют по формуле:

(2.141)

где β - среднее приращение плотности воды при понижении ее температуры на 1˚С, кг/(м³∙˚С); принимается по табл. 10. 4 [5] (при =95-70 ˚С β=0,64);

h_пр - высота отопительного прибора, м;

Q_пр - теплоотдача отопительного прибора, Вт; определяется по формуле (2.14);

G_ст - расход воды через стояк, кг/ч; определяется по формуле (2.37).

В табл. 10.11 [5] для прибора высотой, h_пр=0,5 м приведены предельные величины S_е (S_е.пред)

При S_е<S_е.пред коэффициент затекания воды в приборы принимают по табл. 9.3 [5] или вычисляют по формуле:

(2.142)

где S₁ - характеристика сопротивления участка, состоящего из подводок и отопительного прибора, Па/(кг/ч)²; определяется по формуле (2.85);

S₂ - характеристика сопротивления замыкающего участка, Па/(кг/ч)²; определяется по формуле (2.81); у смещенного замыкающего участка длиной 0,5м при d_y=15мм S₂=84∙10^-4, при d_у=20мм S₂=24∙10^-4 Па/(кг/ч)².

При S_е>S_е.пред коэффициент затекания водыв прибор, односторонне присоединенный к стояку, рассчитывают по несколько видоизмененной формуле (2.107):

(2.143)

где знак «плюс» принимают при движении воды в стояке сверху вниз, знак «минус» при движении снизу вверх.

При двустороннем присоединении приборов к стояку и равенстве характеристик сопротивления приборных узлов величину S_е допустимо вычислять по формуле (2.106), вводя в нее коэффициент 2,0.

Проверить правильность выбора коэффициента затекания α₁ можно, выполнив гидравлический расчет малого циркуляционного кольца отопительного прибора. Данный расчет проводят в следующем порядке:

1) определяется располагаемое циркуляционное давление в узловых точках кольца по формуле:

(2.144)

где - потери давления в замыкающем участке, Па; определяются при выполнении гидравлического расчета стояка;

R, l, z - то же, что в формуле (2.61);

- естественное циркуляционное давление в малом циркуляционном кольце, Па; определяется по ниже приведенной формуле (2.110);

знак «плюс» соответствует движению воды в стояке сверху вниз, знак «минус» - снизу вверх.

Значение величины определяется по формуле:

(2.145)

где g -то же, что в формуле (2.57);

h_пр, β - то же, что в формуле (2.106):

t_вх, t_вых - температура воды соответственно, на входе и выходе из прибора, ˚С.

(2.146)

где Q_пр, G_ст - то же, что в формуле (2.106);

с, β₁, β₂ - то же, что в формуле (2.37):

α₁ - то же, что в формуле (2.105);

2) вычисляются потери давления в подводках к отопительному прибору пo формуле:

(2.147)

где R, l, z - то же, что и в формуле (2.61) для подводок (включая также и отопительный прибор, представляющий собой местное сопротивление на участке между подводками).

При правильно принятом коэффициенте затекания α₁ имеет место равенство:

(2.148)

В противном случае (при расхождении более 15%) необходимо изменить значение величины α₁ и повторить расчет.