9.2 Розрахунок трубопроводів двотрубної системи водяного

опалення

Нормальна дія будь-якої системи центрального опалення багато в чому залежить від якісного розрахунку трубопроводу, правильного добору діаметрів труб, що забезпечують подачу в нагрівальні прилади необхідної кількості води.

Як відомо з гідравліки, при русі реальної рідини по трубах завжди мають місце втрати тиску на подолання опору – тертя і місцевих опорів. До місцевих опорів відносяться трійники, хрестовини, відводи, вентилі, крани, нагрівальні прилади, котли тощо. Втрати тиску , Па, на подолання тертя на ділянці трубопроводу з постійною витратою води і незмінним діаметром визначають за формулою:

,

(9.8)

де – діаметр теплопроводу, м;

– коефіцієнт гідравлічного тертя;

– швидкість руху води в теплопроводі, м/с;

– довжина ділянки теплопроводу, м;

– питома втрата тиску, Па/м.

Втрати тиску на подолання місцевих опорів, Па, визначають за формулою:

,

(9.9)

де – сума коефіцієнтів місцевих опорів теплопроводу (приведена в додатку М), величина безрозмірна;

– динамічний тиск води в даній ділянці теплопроводу, Па.

Загальний опір, що виникає при русі води в трубопроводі циркуляційного кільця, може бути поданий як сума втрат тиску на тертя та сума втрат тиску через місцеві опори рівнянням:

,

(9.10)

де – наявний циркуляційний тиск, Па.

При розрахунку головного циркуляційного кільця (найнесприятливішого в гідравлічному відношенні циркуляційного контуру) рекомендується передбачати запас тиску на невраховані опори в розмірі не більше ніж 10% від розрахункового тиску.

На підставі формул (9.8) і (9.9) складені розрахункові таблиці й номограми.

Таблиця для розрахунку трубопроводів системи водяного опалення при , і приведена в додатку Н.

Для гідравлічного розрахунку трубопроводу схему системи опалення виконують в аксонометричній проекції, на якій вказують усі вихідні дані. До складання такої схеми приступають після того, як буде закінчена така розрахунково-графічна робота:

– підраховано теплову потужність системи опалення;

– обрано тип нагрівальних приладів і визначена їх кількість для кожного помешкання;

– розміщено на поповерхових планах будівлі нагрівальні прилади, гарячі та зворотні стояки, а на планах горища і підвалу – подавальні та зворотні магістралі;

– обрано місце для теплового пункту або котельні;

– визначено розміри розширювальної посудини, якщо вона потрібна, і засіб повітровидалення;

– показано на плані горища або верхнього поверху (при сполученому даху) розміщення розширювальної посудини та приладів повітровидалення.

На планах поверхів, горища і підвалу гарячі та зворотні стояки системи опалення повинні бути пронумеровані, а на аксонометричній схемі крім стояків нумеруються також всі розрахункові ділянки циркуляційних кілець. Розрахунковою ділянкою називають ділянку теплопроводу з незмінною витратою теплоносія.

Для розрахунку трубопроводу додатково на схемі вказують теплове навантаження і довжину кожної розрахункової ділянки циркуляційного трубопроводу, а також усю запірно-регулюючу арматуру (крани, засувки тощо).

Сума довжин усіх розрахункових ділянок складає розмір розрахункового циркуляційного кільця.

При розрахунку трубопроводу двотрубної системи водяного опалення з природною циркуляцією прийнято вважати, що втрата тиску в місцевих опорах орієнтовно складає 50% наявного циркуляційного тиску. Отже, можлива середня питома втрата тиску на тертя, Па, на 1 м довжини може бути визначена за формулою:

,

(9.11)

де – довжина розрахункового циркуляційного кільця;

– коефіцієнт, що показує, що 50% тиску передбачається витратити на тертя, а інші 50% – на місцеві опори;

– наявний тиск, обумовлений формулою (9.2).

Розрахунок мережі починають з головного циркуляційного кільця для якого має найменше значення. У двотрубних схемах за головне приймають циркуляційне кільце, що проходить через нижній прилад дальнього стояка.

,

(9.12)

де – коефіцієнт, що враховує частку втрати тиску на місцеві опори від загальної величини розрахункового циркуляційного тиску ( – для систем опалення зі штучною циркуляцією, – для систем опалення з природною циркуляцією).

Крім розміру для підбору діаметру трубопроводів за таблицею або номограмою необхідно знати кількість води , кг/год., що проходить по кожній розрахунковій ділянці циркуляційного кільця.

Величина визначається за формулою:

,

(9.13)

де – теплове навантаження розрахункової ділянки, складене з теплових навантажень нагрівальних приладів, що обслуговуються по ділянці водою, Вт;

– теплоємкість води, кДж/(кг ∙°С);

– перепад температур води в системі, °С;

– коефіцієнт переводу одиниць Вт у кДж/год.

Враховуючи одержане значення і визначивши кількість води , кг/год., можна за допомогою розрахункових таблиць (додаток Н) підібрати оптимальні діаметри труб розрахункового кільця.

При розрахунку окремих ділянок трубопроводу необхідно мати на увазі таке: місцевий опір трійників та хрестовин відносять лише до розрахункових ділянок із найменшою витратою води; місцеві опори нагрівальних приладів, котлів та бойлерів враховують порівно в кожному трубопроводі, що примикає до них. Якщо відповідно до розрахунку з урахуванням запасу до 10% втрачений тиск у системі буде більше або менше наявного тиску, то на окремих ділянках кільця діаметри труб слід змінити.

Неузгодженість втраченого тиску з визначеним циркуляційним кільцем припускається в однотрубних і двотрубних системах із швидким рухом води до 15%, а у двотрубних із тупиковим розведенням – до 25%.

Усі дані, одержувані при розрахунку теплопроводу, заносять у спеціальний бланк (табл. 9.1).

Таблиця 9.1 – Результати гідравлічного розрахунку теплопроводів систем водяного опалення

№ ділянки	Теплове навантаження, , Вт	Вит-рата води, , кг/год.	Дов-жина ділянки, , м	Діа-метр, , мм	Швид-кість, , м/с	Пи-тома втрата тиску, , Па/м	Втрата тиску на тертя, , Па	Сума коефіцієнтів місце-вих опорів,	Дина-мічний тиск, , Па	Втрата тиску в місцевих опорах, , Па	Сумар-на втрата тиску,
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

Приклад 9.1. Розрахувати трубопровід двотрубної системи водяного опалення, схема якого показана на рис. 9.3, не враховуючи охолодження води в трубах.

Температурний перепад у системі . Вертикальна відстань від середини котла до середини нагрівального приладу першого поверху дорівнює 2,4 м і до середини приладу другого поверху – .

На схемі в кружечках позначені номери ділянок, над виносною лінією – їх теплові навантаження, під виносною лінією – довжини ділянок.

Розрахунок починаємо з найпротяжнішого циркуляційного кільця, що проходить через нагрівальний прилад 1.

Рисунок 9.3 – Схема двотрубної системи водяного опалення з природною циркуляцією

За формулою (9.1) визначаємо наявний тиск для цього кільця:

де 977,81, 961,92 – густина води для температури і .

Загальна довжина розрахункового кільця приладу 1, рівна сумі довжин вхідних у нього ділянок:

Приймаючи, що 50% наявного тиску витрачається на подолання опору тертя і 50% – на подолання місцевих опорів, визначаємо розмір питомої втрати тиску на тертя:

При доборі діаметрів ділянок циркуляційного кільця, крім , необхідно знати кількість води , кг/год., що проходить по кожній розрахунковій ділянці циркуляційного кільця:

Орієнтуючись на отримане значення і визначивши кількість води , кг/год., можна за допомогою розрахункової таблиці (додаток Н) підібрати оптимальні діаметри труб розрахункового кільця. Усі дані, одержані при розрахунку трубопроводу, заносять у спеціальну табл. 9.2.

Користуючись додатком М для розрахункового циркуляційного кільця приладу 1, приймаємо такі коефіцієнти місцевих опорів (табл. 9.3):

Таблиця 9.2 – Гідравлічний розрахунок трубопроводів систем водяного опалення

№ ділянки	Теплове навантаження, , Вт	Витрата теплоносія, , кг/год.	Довжина ділянки, , м	Діаметр ділянки, , мм	Швидкість руху теплоносія, , м/с	Питома втрата тиску, , Па/м	Втрата тиску на тертя, , Па	Сума коефіцієнтів місцевого опору,	Втрата тиску в місцевому опорі, , Па	Сумарні втрати тиску на ділянці, , Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Циркуляційне кільце, що проходить через прилад І ст. 1
1	2000	70	1	20	0,056	3,1	3,1	4	6,1	9,2
2	8000	275	10	32	0,077	3,5	35	1,5	4,2	39,2
3	15000	516	8	50	0,066	1,5	12	5	10,6	22,6
4	33000	1135	5	50	0,149	7,3	36,5	2,75	31,0	67,5
5	33000	1135	10	50	0,149	7,3	73,0	2,75	31,0	104,0
6	15000	516	10	50	0,066	1,5	15	3,5	7,5	22,5
7	8000	275	15	32	0,077	3,5	52,5	1,5	4,2	56,7
8	3500	120	4	25	0,057	2,4	9,6	2	3,2	12,8
9	2000	70	1	20	0,056	3,1	3,1	4,5	6,8	9,9
Циркуляційне кільце, що проходить через прилад ІІІ ст. 1
12	2500	86	1	10	0,17	55,0	55,0	7	101,1	156,1
13	2500	86	1	10	0,17	55,0	55,0	5	72,4	127,4
14	4500	155	4	15	0,23	75	300	2	0,53	0,353

Таблиця 9.3 – Значення коефіцієнтів місцевого опору на ділянках головного циркуляційного кільця

№ ділянки	, мм	Місцеві опори	Коефіцієнти місцевих опорів
1	20	Половина нагрівального приладу Хрестовина на відвід
2	40	Відвід Трійник на прохід
3	50	Трійник на протитоці Вентиль з косим шпинделем
4	50	Два відводи 900 Засувка Половина чавунного котла
5	50	Половина чавунного котла Засувка Два відводи
6	50	Трійник на протитоці Засувка
7	40	Трійник на прохід Відвід
8	25	Хрестовина на прохід
9	20	Половина нагрівального приладу Кран подвійного регулювання Трійник на повороті

Запас тиску, рівний: , знаходиться в межах припустимого, тобто менше 10%.

Переходимо до визначення діаметрів трубопроводу ділянок 12, 13 і 14 циркуляційного кільця приладу 3.

Наявний тиск для цього кільця:

де – вертикальна відстань від центру котла до середини нагрівального приладу 3.

Виключаємо з цього тиску втрати тиску на ділянках, спільних із кільцем приладу 1 (ділянки 2÷7), що становлять 312,5 Па.

Отже, розрахунковим тиском для ділянок 12, 13 і 14 буде:

При загальній довжині ділянок 12,13 і 14 питомий тиск на тертя для них складе:

По і , кг/год., добираємо для ділянок 12, 13 і 14, що відповідають швидкості руху води, а також фактичні значення і заносимо їх у розрахунковий бланк.

Приймаємо за додатком М значення коефіцієнтів місцевих опорів для ділянок 12, 13 і 14.

Ділянка 12 ( ):

– половина нагрівального приладу ;

– кран подвійного регулювання ;

– хрестовина на проході ;

.

Ділянка 13 ( ):

– половина нагрівального приладу ;

– трійник на протитоці ;

.

Ділянка 14 ( ):

– хрестовина на прохід ;

.

Значення заносимо в графу 9 табл. 9.2.

По швидкості , використовуючи додаток П, визначаємо за формулою (9.9), значення заносимо в графу 10 табл. 9.2.

Загальна втрата тиску на ділянках 12÷14 (по табл. 9.1) дорівнює 636,5 Па при розрахунковому тиску 684,5 Па.

Запас тиску: .

Розрахунок інших кілець, що проходить через прилади 2, 4, 8, аналогічний проведеним розрахункам.