6.7. Гидравлический расчет системы отопления по характеристикам гидравлического сопротивления
Методика расчета подробно изложена в [3, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 14 и др.].
Потери давления определяют по формуле
,
(6.21)
где G – расход воды, кг/ч;
S
– характеристика сопротивления элемента
системы отопления, Па/(кг/ч)
.
Характеристика сопротивления отдельных элементов системы отопления определяется по справочным данным, см., например, [4, с. 217-224; 8, с. 205-207 и др.].
Гидравлический расчет целесообразно проводить в такой последовательности:
1. Выявляют основное
циркуляционное кольцо и вычисляют
расчетное циркуляционное давление
по формулам главы 6, определив естественное
циркуляционное давление для стояка,
включенного в основное кольцо.
2. Десять процентов от оставляют в запасе на неучтенные потери.
3. Принимают
(ориентировочно) потерю давления в
стояке, который входит в основное
циркуляционное кольцо, равную не менее
85% располагаемого давления, т.е.
,
а остальные 15% расходуют на преодоление
потерь давления в магистралях, т.е.
.
4. Производят
расчет стояка в зависимости от расхода
воды
и ориентировочной потери давления,
равной
.
Предварительно диаметр труб радиаторного
узла можно назначить, пользуясь графиками,
приведенными на рис. 6.8, составленными
для П - образных стояков при количестве
этажей в здании 5, 9 и 12.
Для этого на
графиках подыскивают такой тип приборного
узла, который ближе всего соответствует
исходным данным, т.е величинам G
и
.Согласно
этим графикам предварительно можно
определить диаметр стояков системы и
с верхней разводкой, уменьшив вдвое
приведенное в них сопротивление.
Рис. 6.8. График для предварительного определения потерь давления в однотрубных стояках радиаторных систем водяного отопления с нижней разводкой
магистралей: а – проточно-регулируемых;б – со смещёнными
замыкающими участками стояка
При этом однотрубный
стояк даже при наличии в нем труб разного
диаметра рассчитывают как один участок,
характеристика сопротивления которого
равна сумме величин S
входящих в него элементов. С целью
повышения индустриализации заготовительных
и монтажных работ следует принимать
стояки постоянного диаметра по высоте
(15 или 20 мм). Применение стояков диаметром
25 мм допускается при невозможности
увязки потерь давления в циркуляционных
кольцах. В многоэтажных бесчердачных
зданиях при большой тепловой нагрузке
на отопительные приборы избежать
применения стояков диаметром 25 мм можно,
конструируя Т – образные и П – образные
стояки с транзитным (холостым) подъемным
участком. Если в процессе гидравлического
расчета стояка с одним диаметром труб
не удается его увязать по расходуемому
давлению, то допускается применять
стояки, у которых изменены диаметры.
Для уменьшения гидравлического
сопротивления П – образного стояка
допускается применение в нем промежуточной
перемычки, которая обычно устраивается
в верхней трети высоты стояка. Применение
составных стояков, снижающих
индустриальность системы отопления,
возможно, когда не удается добиться
требуемой увязки потерь давления в
циркуляционных кольцах.
5. Методом удельных потерь давления на трение производят расчет участков магистралей, вошедших в основное циркуляционное кольцо. Данные расчета записывают в таблицу (см. прил. 3).
6. При расчете основного циркуляционного кольца оставляют запас расчетного давления на неучтенные расчетом сопротивления около 10% (от 5 до 10 %).
7. Вычерчивают эпюру циркуляционного давления основного кольца циркуляции (рис. 6.7) и определяют расчетное циркуляционное давление для двух (ближнего и дальнего) других стояков.
8. Производят
расчет двух других стояков, расположенных
на этой ветке. Изменяя диаметры стояков,
узлов и междуэтажных вставок, добиваются
того, чтобы действительные потери
давления в стояке были бы приблизительно
равны
.
9. На эпюру давления наносят данные проведенного гидравлического расчета.
Пример.
Выполним гидравлический расчет основного
циркуляционного кольца вертикальной
однотрубной системы водяного отопления
со смещенными замыкающими участками
трехходовыми кранами пятиэтажного
здания, присоединенной через водоструйный
элеватор к наружным тепловым сетям.
Параметры теплоносителя: в тепловой
сети
,
,
в системе отопления
.
Тепловые нагрузки приборов и участков
(Вт), длины участков указаны на схеме
(рис. 6.6). Приборы (чугунные радиаторы
М-140Ао,
)
установлены под световыми проемами,
присоединены к стоякам без уток (
).
Теплопотери здания, включая лестничные
клетки (4 шт), составляют 221800 Вт, отдельно
одной лестничной клетки 6000 Вт. Теплопотери
здания без четырех лестничных клеток
составляют 197800 Вт. Отопление лестничных
клеток осуществляется рециркуляционными
воздухонагревателями, предвключенными
к основной системе отопления (см. рис.
7.2, а).
Давление в подающей
магистрали тепловой сети
кПа; а в обратной магистрали
кПа;
статическое давление
кПа;
длина ввода 10 м, потеря давления на вводе
100 Па/м (см. пояснения к формуле 6.2)).
Расстояние от середины прибора первого
этажа до обратного трубопровода
м.
После гидравлического расчета построить
график потерь давления в магистралях.
Решение. Расход высокотемпературной воды на вводе в здание (по формуле (6.5) с учетом формулы (6.1)):
.
Принимаем попарно последовательное соединение трубопроводов воздухонагревателей по схеме, приведенной на рис. 6.2 и [5, рис.13.8]. Тогда температура воды, выходящей из воздухонагревателей 2 и 3, по формуле (6.4):
Температура воды, выходящей из воздухонагревателей 1 и 4:
здесь
- температура воды на входе в водоструйный
элеватор.
По формуле (6.3) определяем коэффициент смешения:
По формуле (6.2)
вычисляем
.
Вначале вычисляем
и
.
Основное циркуляционное кольцо выбираем при тупиковом движении воды в магистралях через стояк 10 (рис. 6.6). Расход воды в стояке:
Величину естественного давления от остывания воды в отопительных приборах определяем по [5, формула (6.13)]
Расчетное
циркуляционное давление вычисляем по
формуле (6.7), пренебрегая
.
как
незначительной величиной:
.
Десять процентов
от
,
т.е 0,1·13230 = 1323 Па, оставляем в запас на
неучтенные потери. Сопротивление стояка
№10 принимаем равным 85 % от
,
т.е
=
0,9·0,85·13230 = 10121 Па. Оставшиеся 15 % от
,
т.е 0,9·0,15·13230 = 1786 Па будут истрачены на
преодоление всех сопротивлений в
подающем и обратном трубопроводах, т.е
на участках 1-14 (рис. 6.6).
Определим гидравлическое сопротивление стояка 10. Принимаем (см. рис. 6.8) диаметры труб радиаторных узлов и стояка 20 мм (подводки приборов без уток) [4, с. 228 или 8, с. 122]. Стояк 10 состоит из узла присоединения к подающей магистрали, восьми этажестояков, двух узлов отопительного прибора верхнего этажа и узла присоединения к обратной магистрали, поэтому полная характеристика сопротивления стояка 10 (и других тоже) равна сумме характеристик отдельных элементов стояков. Определим суммарную характеристику стояка 10.
1. Характеристика сопротивление узла присоединения стояка к подающей магистрали (с установкой вентиля) согласно [4, табл. II.69]:
Па/(кг/ч)².
2. Суммарная характеристика сопротивления восьми вертикальных этажестояков (4, табл. III.69):
Па/(кг/ч)².
3. Примечание: т. к. характеристика сопротивления этажестояков в [4, табл. III.69] приведена при длине этажестояка 2,7 м (табличное значение); в рассматриваемом примере длина этажестояка составляет 3 м, т.е. на 0,3 м длиннее, поэтому вводим соответствующую поправку на длину восьми этажестояков. Согласно данным примечаний [4, табл. III. 59] характеристика сопротивления на 1 м стояка равна 5,9∙10-4, тогда действительная характеристика сопротивления 8 этажестояков:
Па/(кг/ч)².
4. Суммарная характеристика сопротивления двух горизонтальных радиаторных узлов
Па/(кг/ч)².
5. Характеристика сопротивления узлов присоединения стояка к обратной магистрали (при установке пробкового крана)
Па/(кг/ч)².
6. Суммарная характеристика сопротивления прямых участков труб стояка общей длиной 2 м
Па/(кг/ч)².
Суммарная характеристика сопротивления стояка 10
Па/(кг/ч)².
Сопротивление стояка по формуле (6.21)
Па,
что значительно меньше располагаемого давления.
Поэтому применяем диаметр труб радиаторных узлов и стояка 15 мм и проведем вновь расчет сопротивления стояка.
Характеристика сопротивления узла присоединение стояка и подающей магистрали (с установкой вентиля)
Па/(кг/ч)².
Суммарная характеристика сопротивления 8 вертикальных этажестояков
Па/(кг/ч)².
Вводим поправку на длину этажестояка:
Па/(кг/ч)².
Суммарная характеристика сопротивления двух горизонтальных радиаторных узлов
Па/(кг/ч)².
Характеристика сопротивления узлов присоединение стояка к обратной магистрали (при установке пробкового крана)
Па/(кг/ч)².
Суммарная характеристика сопротивления прямых участков труб стояка общей длиной 2 м
Па/(кг/ч)².
Суммарная характеристика стояка
Па/(кг/ч)².
Сопротивление стояка по формуле (6.21)
,
что значительно больше расчетного давления.
Для уменьшения сопротивления стояка диаметром 15 мм предусматриваем составные стояки, т.е. часть стояка принимаем диаметром 20 мм, а другую часть – диаметром 15 мм и вновь, методом подбора, проведем расчет сопротивления стояка.
Характеристика сопротивления узла присоединение стояка к подающей магистрали (с установкой вентиля) диаметром 20 мм
Па/(кг/ч)².
Характеристика сопротивления четырех вертикальных этажестояков диаметром 20 мм
Па/(кг/ч)².
Вводим поправку на длину этажестояка:
Па/(кг/ч)².
Суммарная характеристика сопротивления двух горизонтальных радиаторных узлов диаметром 20 мм
Па/(кг/ч)².
Суммарная характеристика четырех вертикальных этажестояков диаметром 15 мм
Па/(кг/ч)².
Вводим поправку на длину этажестояка:
Па/(кг/ч)².
Характеристика сопротивления узлов присоединения стояка к обратной магистрали (при установке пробкового крана)
Па/(кг/ч)².
Суммарная характеристика сопротивления прямых участков труб стояка общей длиной 2 м диаметром 20 мм
Па/(кг/ч)².
Суммарная характеристика стояка
Па/(кг/ч)².
Сопротивление стояка по формуле (6.21)
Полученная величина несколько больше расчетного давления стояка (больше на 98 Па), это означает, что сопротивление стояка (мы принимали 85% от расчетного давления) будет равно 85,5%, что вполне допустимо.
Далее проведем гидравлический расчет магистралей, т.е. участков 1-14 (на рис. 6.6), методом удельных потерь давления на трение.
Расчетное циркуляционное давление для магистралей равно 1786 Па. Удельные потери давления на трение определяется по формуле (6.10):
Гидравлический расчет сводим в табл.7 (прил. 3).
Определим коэффициенты местных сопротивления отдельных участков основного циркуляционного кольца:
на участке 1 (после элеватора):
задвижка
100 мм 
=0,5;
два отвода 90
=2·0,5=1;
∑ 
=1,5,
на участке 2:
тройник поворотный
на ответвление 
1,5;
на участке 3:
тройник поворотный на ответвление =1,5;
на каждом из следующих участков
4, 5, 6, 7 имеем тройник на проход при разделении потока,
а на участках 8, 9, 10, 11 – тройник на проходе при соединении потоков:
в каждом тройнике =1,0;
на участке 14:
два отвода =2·0,5=1;
задвижка =100 мм =0,5;
∑ =1,5.
Суммарные потери
на участках 1-14 составляют 1808 Па, что
несколько больше, чем расчетное давление,
которое равно 1786 Па. Суммарные потери
основного циркуляционного кольца равны
сумме потерь, давление в стояке 10 и в
магистралях на участках 1-14, т.е.
.
По формуле (6.15) определяем запас давления:
,
что удовлетворяет условию (6.14).
Строим эпюру циркуляционного давления в магистралях и стояках системы отопления (рис. 6.6). Расчетное циркуляционное давление для стояка 6 равно ординате 6-6´ (см. рис. 6.7), а для стояка 8 – ординате 8-8´. Расчет стояков 6 и 8 проводят аналогичным образом.