6.4. Расчетное циркуляционное давление в системе отопления

Давление для создания циркуляции воды в насосной системе в расчетных условиях определяется по формулам:

в вертикальной однотрубной системе с верхней разводкой:

(6.6)

то же с нижней разводкой обеих магистралей:

, (6.7)

в двухтрубной системе с верхней разводкой:

, (6.8)

то же с нижней разводкой:

_, (6.9)

где - давление насоса, находят по формулам, изложенным в пп.6.3;

, - естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды соответственно в приборах (индекс «пр») и в трубах (индекс «тр»), вычисляют по формулам, приведенным в [5, 9, 10, 11].

6.5. Гидравлический расчет системы отопления по удельным потерям давления

Гидравлический расчет трубопроводов при выполнении курсового проекта производится для трех циркуляционных колец наиболее протяженной и нагруженной ветви системы отопления. При этом рекомендуется магистрали системы отопления рассчитывать методом удельных потерь давления, а отопительные стояки – по характеристикам гидравлического сопротивления. Расход воды в каждом стояке или на участке магистралей вычисляют по формуле (6.1), при этом принимается, что перепады температуры во всех стояках и ветвях равны расчетному перепаду температуры воды в системе. Например, для определения расхода воды через отопительный стояк в числитель формулы (6.1) подставляют тепловую нагрузку стояка и т.д. Гидравлический расчет начинают с основного циркуляционного кольца системы.

За основное циркуляционное кольцо проходит наиболее протяженное и нагруженное (имеющее наибольшую тепловую нагрузку) кольцо циркуляции. При попутном движении воды в магистралях вертикальной системы основное циркуляционное кольцо проходит через один из средних наиболее нагруженных стояков части системы. При тупиковом движении воды в магистралях вертикальной системы основное циркуляционное кольцо (ОЦК) в части системы назначают через наиболее удаленный и нагруженный стояк системы отопления: так, в двухтрубных системах с верхней разводкой магистралей (такие системы используют только 2-3-этажных зданиях) при кранах двойной регулировки (КРД) – через нижний отопительный прибор на первом этаже с большой тепловой нагрузкой (рис. 6.3). Двухтрубные системы с нижним расположением магистралей применяют в малоэтажных зданиях с кранами двойной регулировки КРД у отопительных приборов, а в многоэтажных зданиях – с кранами КРП, имеющими дросселирующее устройство. Основное циркуляционное кольцо в двухтрубных системах с кранами КРД принимают через нижний отопительный прибор на первом этаже с большей тепловой нагрузкой (рис. 6.4), при дросселирующих кранах КРП – через верхний прибор. В однотрубных системах с верхней разводкой (рис. 6.5) за основное циркуляционное кольцо принимают кольцо циркуляции через прибор первого этажа, а в однотрубных системах с нижней разводкой обеих магистралей – через удаленный и нагруженный стояк системы отопления (рис. 6.6); более подробно см. [3].

Каждое циркуляционное кольцо по ходу движения теплоносителя разбивается на расчетные участки с нанесением их тепловых нагрузок в Вт, длины в метрах и порядковые номера (см.рис. 6.3 - 6.6). Участком называется отрезок трубопровода, на котором количество протекающей воды, температура теплоносителя и диаметр трубопровода остаются неизменными. Нумеруют участки начиная от распределительного коллектора и кончая сборным коллектором. Пример оформления расчетной схемы системы отопления показан на рис.6.3 - 6.6.

При выборе диаметра труб исходят из среднего значения удельной линейной потери давления на трение в основном циркуляционном кольце , Па/м:

(6.10)

где - расчетное циркуляционное давление в основном циркуляционном кольце системы, Па, определяется по одной из формул п.6.4;

- сумма длин последовательно соединенных участков расчетного циркуляционного кольца; длина участков определяется с точностью до 0,1 м по аксонометрической схеме системы отопления;

0,65 - доля потерь давления на трение.

Гидравлический расчет сводят в таблицу (прил. 3). Прежде чем приступить к гидравлическому расчету, заполняют графы 1, 2, 4 таблицы, выписывают номера участков, тепловые нагрузки и длины участков.

В графе 3 проставляется расход воды на участке, который определяется по формуле (6.1).

Зная расход воды на участке и ориентируясь на значение по таблице для гидравлического расчета трубопроводов водяного отопления [5, прил. 9], определяют диаметры труб участков, действительные удельные потери давления на трение и скорость движения воды. Необходимо следить за тем, чтобы скорость движения воды не достигала предельно допустимой [12, 8, 9, 14 и т.д.]. Умножая величину R на длину l, получают значение Rl участка (графа 8). Потери движения в местных сопротивлениях Z, Па, определяют по формуле

, (6.11)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений (к.м.с.) на участке;

- скорость движения воды, м/с;

- плотность воды, кг/м³.

Значение к.м.с. принимают по [14, табл. П.2.10]. Коэффициент местных сопротивлений тройников и крестовин, которые находятся на границе двух участков, относят к участку с меньшим расходом теплоносителя. Выбор к.м.с. тройников и крестовин в двухтрубных системах и в магистралях однотрубных систем производят по табл. 6.1, а к.м.с. элементов системы отопления – по

табл. 6.2 настоящего пособия или по [4, табл. III.65]. В стояках и ветвях однотрубных систем к.м.с. тройников и крестовин принимают по [4, табл.II.13]. К.м.с. тройника с пробкой (для спуска воды или воздуха) равен 0,7. Потери давления можно определять по .[4, табл. III.61].

К.м.с. записывают в графу 9, а величину потерь давления в местных сопротивлениях – в графу 10. К.м.с. отопительных приборов зависит от размера приборов, которые станут известны только после расчета площади и подбора марки приборов. Поэтому при гидравлическом расчете используют усредненные значения к.м.с. приборов (табл. 6.3), которые учитывают потери давления в местных сопротивлениях и по длине приборов.

Таблица 6.1

Коэффициенты местного сопротивления (усредненные) сварных тройников

на магистралях насосных систем отопления

		Значения к.м.с.
Магистраль		для тройников на проходе при						для тройников на ответвлениях при
			0,5 и менее	0,6-0,7	0,7-0,8	0,8-0,9	0,9	0,1-0,2	0,2-0,3	0,3 и более
Подающая Обратная		0,5 0,3		0,3 1,5	0,3 1,2	0,2 0,7	0,2 0,5	5 0	5 1	5 1,5

Таблица 6.2

Коэффициенты местного сопротивления конструктивных

элементов систем водяного отопления

Элементы системы	Значения к.м.с. при диаметре условного прохода, мм
	10	15	20	25	32	40	50
Краны: КРТ при проходе КРТ при повороте КРП КРД Кран пробочный Вентиль прямой Задвижка параллельная Отвод под углом Утка гнутая Скоба гнутая Воздухосборник Внезапное расширение Внезапное сужение Грязевик	4 4,5 4 18 – 20 – 0,9 0,9 2,5 1,5 1,0 0,5 10	3,5 4,5 3,5 14 3,5 16 – 0,8 0,8 2	3 3 3 13 1,5 10 – 0,6 0,7 1,2	– – – – 1,5 9 – 0,5 0,6 0,6	– – – – – 9 – 0,3 0,6 0,4	– – – – – 8 0,5 0,3 0,6 0,4	– – – – – 7 0,5 0,3 0,6 0,4
		Независимо от диаметра труб (относятся к большей скорости)

Таблица 6.3

Усредненные коэффициенты местного сопротивления отопительных приборов

Тип прибора	Марка прибора	К.м.с. при , мм, подводки
		10	15	20	25
Радиатор чугунный секционный	М-90 М-140 МС-140 МС-90	1,2	1,3	1,4	1,5
Радиатор стальной панельный	РСВ РСВ-2 РСВ-1	0,3 0,4 0,9	0,6 0,9 2,2	3 3,0 7,4	5,3 7,9 19,8
Конвектор ”Универсал-20” ”Комфорт-20”	КН20-к КН20-п	0,7 0,4	1,6 0,9	5,4 3,0	14,4 8,0
Конвектор ”Аккорд”	КА-к КА-п К2А-к	0,6 0,5 1,3	1,5 1,2 3,2	4,9 3,9 10,7	13 10,3 28,6
Конвектор ”Ритм”	Ко20-2, 4к Ко20-2, 4п Ко20-1, 6п Ко20-3,75п	0,8 0,5 0,3 0,7	1,9 1,1 0,8 1,7	6,2 3,8 2,6 5,7	16,6 10,1 6,9 15,2
Конвектор высокий	КВ-20	5,6	13,5	45	120

Примечание: к - концевой конвектор; п – проходной конвектор.

К.м.с. арматуры на стояках и подводках у отопительных приборов приведены в табл. 6.2. При однотрубных системах применяют в проточно-регулируемых приборных узлах краны регулирующие трехходовые КРТ, в узлах с замыкающими участками – краны регулирующие проходные КРП; при двухтрубных системах – краны регулирующие двойной регулировки КРД и краны КРП с дросселирующими устройствами. Диаметр отверстия , мм, дросселирующего устройства в кране КРП определяют исходя из расхода воды в отопительном приборе Gпр, кг/ч, и необходимых потерь давления в диафрагме по формуле

_, (6.12)

где - потери давления в диафрагме, Па, принимаемые равными максимальному естественному циркулярному давлению в стояке :

, (6.13)

где h_ст - вертикальное расстояние между центром охлаждения воды в верхнем приборе и центром нагревания в системе, м;

и - плотность соответственно обратной и горячей воды, кг/м .

Диаметр отверстия диафрагмы в кране КРП, вычисленный по формуле (6.12) , принимают для всех остальных кранов КРП системы, но не менее 3 м, если только последующая проверка перепадов температур воды в других приборах не даст отличия от их расчетного перепада, принятого в системе, более чем 7 (например, при t_с = 25 , перепады температуры в системе должны находиться в пределах от 18 до 32 ).

При выборе диаметра П-образного однотрубного стояка ориентируются на минимальный расход воды, необходимый для уноса воздушных скоплений из верхней части стояка. Этот расход составляет: для труб Ду 15 – 140 кг/ч, для

Ду 20 – 250 кг/ч, для Ду 25 – 400 кг/ч.

Общие потери давления в основном циркуляционном кольце , получаемые путем суммирования потерь давления на трение и в местных сопротивлениях во всех участках основного циркуляционного кольца ( графа 11 расчетной табл. в прил. 3), сопоставляют с расчетным циркуляционным давлением. Расчет основного циркуляционного кольца считается законченным, если выполняется условие

. (6.14)

Действительный запас расчетного давления в % вычисляют по формуле

. (6.15)

Если запас меньше 5 % или больше 10 %, то изменяют диаметры отдельных участков магистралей кольца таким образом, чтобы потери давления увеличились (при уменьшении диаметра труб) или уменьшились (при увеличении диаметра).

После расчета основного циркуляционного кольца выполняют расчет еще двух второстепенных циркуляционных колец. В системах с попутным движением воды в магистралях эти два второстепенных кольца должны включать в себя ближний и дальний (считая от распределительного коллектора) стояка (или более нагруженные стояки, расположенные рядом с ними). При тупиковом движении воды в магистралях в эти кольца входят средний и ближний (или более нагруженный, расположенный рядом) от распределительного коллектора стояка. Гидравлический расчет второстепенного циркуляционного кольца сводится к расчету потерь давления на дополнительных, необщих участках, параллельно соединенных с участками основного кольца, при этом потери давления в основном кольце изменению не подлежат.

Располагаемое циркуляционное давление для расчета дополнительных необщих участков второстепенного кольца может быть определено по эпюре (см. п.6.6) или определено по формуле:

- для двухтрубных систем

, (6.16)

- в однотрубной сиcтеме отопления

, (6.17)

где - потери давления на необщих участках основного кольца (по расчетной таблице прил.3);

и - естественное циркуляционное давление в стояках, входящих соответственно во второстепенное и основное кольца. Полученные в результате расчета двух групп необщих участков второстепенных колец потери давления в них сопоставляют с величиной и вычисляют процент % невязки :

. (6.18)

Для системы отопления с попутным движением воды в магистралях потери давления на параллельно соединенных участках (без учета общих участков циркуляционных колец) не должны отличаться ( по формуле (6.18)) более чем на 5 %, а в системах с тупиковым движением воды в магистралях вертикальной однотрубной системы более чем на + 15 %.

Для увязки потерь давления допускается применять составные стояки (выполнять стояки из различных диаметров), для чего, в первую очередь, изменяют диаметр труб, соединяющих стояки с магистралями. В составных стояках трубы меньшего диаметра предусматривают в верхней части.

При невозможности увязки потерь давления в циркуляционных кольцах для погашения избыточного давления с малой тепловой нагрузкой на трубопроводе предусматривают установку дроссельной шайбы (как правило, в нижней части стояка). Диаметр отверстия дроссельной шайбы , мм, определяют по формуле [5]:

, (6.19)

где G – расход воды в стояке, кг/ч;

- требуемая потеря давления в шайбе, Па.

Диаметр шайбы не должен быть менее 3 мм. Если расчетный диаметр шайбы, вычисленный по формуле (6.19), оказался менее 3 мм, устанавливают две шайбы диаметром, рассчитанным по формуле (6.19) на половину требуемой потери давления.