7. Гідравлічний розрахунок трубопроводів системи опалення

Рекомендації щодо вибору та конструювання систем опалення містяться в роботах [4,5,6,7,8].

Аксонометрична схема прийнятої системи опалення повинна бути наведена в пояснювальній записці та на кресленні. На схемі зображуються всі повороти трубопроводів, скоби, качки, арматура, а також вказуються номери, теплова навантаженість та довжина розрахункових ділянок трубопроводів циркуляційних кілець. Розрахункова ділянка – це ділянка трубопроводу, в межах якої діаметр та витрата теплоносія не змінюється. Виняток складають стояки вертикальних однотрубних систем, де на розрахунковій ділянці можуть бути труби різного діаметру.

Циркуляційне кільце – це замкнений контур у системі опалення. Кількість циркуляційних кілець у двотрубній системі опалення дорівнює кількості опалювальних приладів.

Аксонометрична схема є основою для гідравлічного розрахунку теплопроводів.

Мета гідравлічного розрахунку трубопроводів системи опалення полягає у визначенні оптимальних діаметрів труб, при яких забезпечується стійке та надійне надходження розрахункової кількості теплоносія до всіх опалювальних приладів при визначеному завданням перепаді тиску теплоносія в подавальній та зворотній магістралях теплової мережі на вузлі вводу.

Завданням гідравлічного розрахунку є вибір мінімальних діаметрів труб на всіх ділянках мережі таким чином, щоб гідравлічний опір головного циркуляційного кільця не перевищував розрахункового циркуляційного тиску з запасом 5…10, а різниця гідравлічних опорів головного півкільця та кожного з інших півкілець не перевищувала 15[1].

Гідравлічний розрахунок трубопроводів виконується в такій послідовності:

1. Визначається головне циркуляційне кільце. Це кільце проходить через найбільш віддалений опалювальний прилад першого поверху. Головне кільце розбивається на розрахункові ділянки, починаючи з зворотної підводки найбільш несприятливо розташованого опалювального приладу по зворотному теплопроводі до вузла вводу і далі по подавальному теплопроводі до приладу.

2. Обчислюється розрахунковий циркуляційний тиск Р_рц, Па, для головного циркуляційного кільця за формулою:

, (7.1)

де – перепад тисків у магістралях теплової мережі на вводі, Па;

–коефіцієнт, що визначає частку максимального гравітаційного тиску, котру доцільно враховувати в розрахункових умовах; Б=0,4-0,5 – для двотрубних систем, Б=1,0 - для однотрубних систем;

- гравітаційний тиск, який створюється в системі за рахунок охолодження води в опалювальних приладах в розрахункових умовах, Па:

, (7.2)

де - прискорення вільного падіння. м/с²;

- вертикальна відстань від осі вузла вводу до осі опалювального приладу розрахункового кільця, м;

- відповідно густина охолодженої та гарячої води, кг/м³;

- відповідно температура води на вході у прилад та виході з приладу, ⁰С;

- гравітаційний тиск, що створюється за рахунок охолодження води в трубопроводах, Па, котрий визначається згідно з додатком 4 [7]. В системах опалення з нижньою розводкою не враховується.

3. Для кожної ділянки розрахункового кільця визначається витрата теплоносія , кг/г, за формулою:

, (7.3)

де - сумарна теплова потужність опалювальних приладів, які приєднані до i-тої ділянки теплопроводу, Вт;

с – питома масова теплоємність води (с=4,187 кДж/кг⁰С).

4. Визначається середнє значення питомої втрати тиску на тертя на 1м довжини трубопроводу, , Па/м:

, (7.4)

де к – частка втрат тиску на тертя, що складає для систем з природною циркуляцією 0,5, а для систем зі штучною циркуляцією – 0,65;

- сума довжин ділянок головного циркуляційного кільця, м.

Величина є наближеною. При виборі діаметрів труб для конкретних ділянок можуть застосовуватися величини більші або менші за.

5. Для кожної розрахункової ділянки головного циркуляційного кільця, орієнтуючись на за додатком Ж або табл.III.60 [4] відшукується витрата теплоносія та визначаються відповіднізначення діаметра трубопроводу, швидкості руху теплоносіяі фактичне значення питомої втрати на тертя.

6. Обчислюється розрахункова втрата тиску на тертя на ділянці .

7. Для кожної розрахункової ділянки головного циркуляційного кільця за дод.И або табл.III.65 [4] визначається сума коефіцієнтів місцевих опорів _i.

8. По швидкості руху теплоносія за дод. 7[7] або табл. III.64 [4] визначається значення динамічного тиску , Па:

. (7.5)

9. Обчислюється втрата тиску на подолання місцевих опорів , Па, на розрахунковій ділянці:

. (7.6)

Втрату тиску на подолання місцевих опорів можна також визначити за дод. К.

10. Для кожної розрахункової ділянки обчислюється повна втрата тиску , Па:

. (7.7)

11. Визначається повна втрата тиску в головному циркуляційному кільці , Па:

. (7.8)

12. Обчислюється запас тиску на гідравлічні опори, що не враховані в розрахунку:

(7.9)

Якщо запас тиску менше 5% або перевищує 10%, то необхідно відповідно збільшити або зменшити діаметри найбільш навантажених ділянок головного циркуляційного кільця.

Головне циркуляційне кільце приймається в подальших розрахунках за головне для гідравлічної ув’язки всіх інших кілець системи. Кожне циркуляційне кільце має точки, спільні з головним кільцем, де відбувається поділ або злиття потоків. Завдання подальшого розрахунку полягає у підборі діаметрів ділянок півкілець таким чином, щоб гідравлічні втрати в них дорівнювали втратам тиску між загальними точками на ділянках головного циркуляційного кільця.

Величина нев´язки в півкільцях визначається за формулою:

15%, (7.10)

де - втрата тиску в головному півкільці, котра дорівнює втраті тиску на ділянках, які не є спільними з малим півкільцем, Па;

- втрата тиску в малому півкільці, Па.

Якщо нев’язка складає більше за 15%, у ніжній частині стояка малого півкільця необхідно встановити додатковий місцевий опір (кран подвійного регулювання або дросельну діафрагму).

Діаметр отвору дросельної діафрагми розраховується за формулою:

,

де G – витрата теплоносія в стояку, кг/ч;

H_ш – потрібна витрата напору в шайбі, мм.

Діаметр отвору шайби округляється до 0,55 мм. З метою запобігання засміченню отвору мінімальний його діаметр приймається 3 мм.

Швидкість руху води в трубах не повинна перевищувати гранично припустимих значень (за умов безгучної роботи системи опалення), що наведені в п.3.25 [1].

Розрахункові дані гідравлічного розрахунку заносяться до табл. 7.1.

Таблиця 7.1 – Гідравлічний розрахунок теплопроводів системи опалення

Номер ділянки	Qп, Вт	G, кг/с	l, м	dу, мм	v, м/с	R, Па/м	Rl, Па		Рд, Па	z, Па	Р, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12