5 Гідравлічний розрахунок системи водяного опалення

Мета гідравлічного розрахунку – підібрати такі діаметри трубопроводів, які б забезпечували проходження розрахункових витрат теплоносія для передачі заданої кількості теплоти кожному опалювальному приладу.

У курсовій роботі виконується гідравлічний розрахунок головного кільця циркуляції і “ув’язка” одного ближнього стояка. При цьому, крім діаметрів магістральних ділянок і дальнього стояка, обчислюється діаметр ближнього стояка.

Вихідними даними для гідравлічного розрахунку є викреслена в масштабі 1:100 аксонометрична схема системи опалення (наводиться в пояснювальній записці). На схему системи опалення наносять теплові навантаження кожного опалювального приладу (рівні тепловтратам приміщення). Крім того, вказують довжину кожної розрахункової ділянки. Розрахунковою ділянкою називається відрізок трубопроводу одного діаметра з постійними витратами теплоносія. Однотрубний стояк можна розглядати як одну розрахункову ділянку.

Гідравлічний розрахунок системи опалення виконують у такій послідовності:

1. Вибирають на аксонометричній схемі головне кільце циркуляції. Воно проходить через дальній стояк найбільш навантаженої гілки та гідроелеватор. Інші кільця циркуляції мають спільні й паралельні ділянки по відношенню до головного і, як наслідок, гідравлічно звязані з останнім.

2. Головне кільце розбивають на ділянки – відрізки трубопроводу, на яких витрати теплоносія і діаметри постійні. Визначають довжини ділянок, їх теплові навантаження й витрати води. Витрати води на ділянці (стояк також розглядають як ділянку), кг/год

, (5.1)

де теплове навантаження і-ї ділянки, Вт; коефіцієнт, що враховує додаткові втрати тепла і тепловиділення в приміщеннях

. (5.2)

Витрати води з теплової мережі, кг/год

, (5.3)

де  теплова потужність системи опалення будинку, Вт; , - розрахункові температури теплоносія відповідно в подавальному і зворотному трубопроводі теплової мережі (згідно із завданням), ⁰С.

3. За додатком Е приймають діаметри стояків рівними 15, 20 або 25 мм, орієнтуючись на швидкість руху води в межах: для 15мм до 0,5м/с; для 20мм  0,12-0,65м/с; для 25мм 0,15-0,8м/с. Упевнюються в тому, що витрати води в стояку менші максимально можливих. Максимально можливі витрати води: 370 кг/год (при діаметрі стояка 15 мм), 860 кг/год (при діаметрі стояка 20 мм), 1730 кг/год (при діаметрі стояка 25 мм). У тому випадку, коли витрати води в стояку більші максимально можливих, необхідно збільшити діаметр стояка або поставити в кімнаті ще один стояк.

Приймають орієнтовні діаметри магістральних трубопроводів, орієнтуючись на швидкості 0,25-0,5м/с. Максимальні швидкості води: 1,0м/с (при діаметрі трубопроводу 32 мм) і 1,5 м/с (при діаметрах трубопроводів 40 мм і більше).

4. Знаходять розрахунковий циркуляційний тиск у системі опалення. В елеваторних системах опалення розрахунковий тиск визначається за формулою, Па

, (5.4)

де перепад тиску в тепловій мережі, Па; втрати тиску в тепловому вузлі до елеватора, Па; коефіцієнт змішування, який залежить від параметрів теплоносія до елеватора та після нього і визначається за формулою

, (5.5)

де гравітаційний циркуляційний тиск, котрий залежить від конструктивних особливостей системи опалення і параметрів теплоносія, Па; Б  коефіцієнт використання гравітаційного циркуляційного тиску. Для вертикальних однотрубних систем опалення Б=1, для двотрубних- Б=0,4.

З достатньою для практичних розрахунків точністю для однотрубної системи опалення з верхнім розведенням гравітаційний циркуляційний тиск можна розрахувати за формулою, Па

, (5.6)

де середній приріст густини при зменшенні температури води на 1^ОС, який залежить від розрахункової різниці температур води у системі опалення (для температур 95-70^ОС ); g  прискорення вільного падіння, м/с², м/с²; висота розміщення опалювального приладу першого поверху відносно елеватора, м, м; висота поверху, м; кількість поверхів.

5. Потім визначають необхідні втрати тиску в кільцях циркуляції за умови забезпечення гідравлічної стійкості системи. З точки зору підвищення гідравлічної стійкості системи опалення необхідно, щоб втрати тиску в стояках були не менше 70% загальних втрат тиску в кільці циркуляції. Таким чином, орієнтовні втрати тиску в дальньому стояку- ; загальні втрати тиску в магістральних трубопроводах- .

6. Визначають середні питомі втрати тиску для дальнього стояка і магістральних трубопроводів кільця циркуляції

, (5.7)

, (5.8)

де 0,65  частка втрат тиску по довжині трубопроводу ділянки; загальна довжина ділянок дальнього стояка, м; загальна довжина магістральних трубопроводів головного циркуляційного кільця.

7. Потім за таблицями для гідравлічного розрахунку [8, або додаток Є] знаходять діаметри труб залежно від одержаних і витрат води на ділянках та уточнюють значення R. Втрати тиску на всіх ділянках кільця циркуляції визначають за формулою, Па

, (5.9)

де питомі втрати тиску від тертя на і-тій ділянці, Па/м; довжина ділянки, м; сума коефіцієнтів місцевих опорів на цій ділянці (додаток Ж); швидкість руху води за таблицями [8, або додаток Є], м/с; густина води, кг/м³, у середньому кг/м³.

Важливо памятати, що, коли місцеві опори (трійник, хрестовина) знаходяться на кінцях ділянок, то числове значення коефіцієнтів місцевих опорів відносять до ділянки з меншою витратою води.

Результати гідравлічного розрахунку заносять у таблицю 2.

Таблиця 2  Гідравлічний розрахунок системи опалення

№ ділян-ки	Q, Вт	G, кг/год	l, м	тр, мм	V, м/с	R, Па/м	Rl, Па		Z, Па	Pi, Па	Pi, Па	Приміт-ки
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13

8. Знаходять суму втрат тиску на ділянках головного кільця циркуляції і порівнюють із розрахунковим . Дозволяється відхилення загальних втрат тиску від розрахункових не більше ніж на 15% у бік меншого. У протилежному випадку необхідно змінити діаметр труб на деяких ділянках.

9. На даному етапі переходять до розрахунку відгалужень від головного кільця. У курсовій роботі виконується гідравлічний розрахунок одного ближнього стояка розрахункового кільця циркуляції. Тиск для даного стояка визначається з умови виконання правила: втрати тиску на півкільцях між спільними точками рівні між собою. Таким чином, розрахунковим тиском для ближнього стояка є тиск у півкільці, яке включає ділянки подавальної магістралі, що йдуть від ближнього стояка до дальнього, дальній стояк і магістральні ділянки зворотного трубопроводу, котрі йдуть від дальнього стояка до ближнього

, (5.10)

де - розрахунковий циркуляційний тиск для ближнього стояка, Па; - уточнені втрати тиску в дальньому стояку, Па; - втрати тиску на магістральних ділянках півкільця, Па; - кількість магістральних ділянок від ближнього стояка до дальнього і назад.

10. Порівнюють втрати тиску в ближньому стояку з розрахунковим тиском для цього стояка. Розходження в значеннях не повинно перевищувати 10%. У іншому випадку змінюють або діаметри ближнього чи дальнього стояка, або діаметри магістральних ділянок півкільця (але важливо памятати про дотримання умови п.8). Якщо втрати тиску в ближньому стояку вийшли значно меншими, ніж розрахунковий тиск у точках приєднання цього стояка до магістральних трубопроводів, то додаткові втрати тиску потрібно створити діафрагмою з діаметром внутрішнього отвору, мм

, (5.11)

де - витрати води в ближньому стояку, кг/год; додатковий перепад тиску на діафрагмі, Па. Діаметр діафрагми приймається не менше ніж 5 мм.