4. Гидравлический расчёт системы отопления

Задача гидравлического расчёта состоит в выборе диаметров труб и в определение потерь давления в них. По результатам гидравлического расчёта производят выбор смесительного насоса. Выбор диаметров проводят из условия поддержания оптимальных скоростей в трубопроводах. Для стальных труб оптимальной считается скорость 0,3 – 0,5 м/с, для полимерных 0,5 – 0,7 м/с. Минимальная скорость движения воды из условия удаления воздуха составляет

0,1 м/с – вертикальные трубопроводы, 0,25 м/с – горизонтальные трубопроводы. Максимальная скорость движения воды из условия бесшумной работы равна 1,5 м/с.

После размещения на планах здания нагревательных приборов, стояков, поквартирных веток, подающих и обратных магистралей, выполняют пространственную (аксонометрическую) схему системы отопления. Для точного учёта местных сопротивлений на схеме необходимо указать все изгибы труб, запорно-регулирующую арматуру, устройства для удаления воздуха и спуска воды, приборы учёта теплоты или учёта расхода воды и т. д.

Схема системы отопления выполняется в масштабе 1 : 100 в соответствии с требованиями, предъявляемыми к графической части проекта [10]. На схеме выбирают главное циркуляционное кольцо. В насосной водяной системе отопления главное циркуляционное кольцо – это кольцо через наиболее удалённый от теплового пункта стояк и нагруженный прибор первого этажа. Все остальные кольца являются второстепенными. Главное циркуляционное кольцо разбивают на расчетные участки. Расчётный участок – это участок трубопровода одного диаметра с неизменным расходом теплоносителя. На схеме следует проставить нумерацию участков по ходу движения теплоносителя, указать длину l_уч м, и тепловую нагрузку Q_уч Вт.

Гидравлический расчет проводят по методу удельных потерь давления. Потери давления на участке , Па, определяются по формуле:

, (7)

где λ ‑ коэффициент гидравлического трения;

ν ‑ скорость движения воды на расчетном участке трубопровода, м/сек;

ρ ‑ плотность воды, кг/м³;

d – внутренний диаметр расчетного участка трубопровода, мм;

l – длина участка трубопровода, м;

‑сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Расчёт проводят с использованием таблиц гидравлического расчёта: для стальных труб по приложению 6 [1], металлополимерных [8], полипропиленовых [9], а формулу (21) записывают в виде:

=(8)

где R – удельная потеря на трение, Па/м;

Z – потери давления в местных сопротивлениях, Па.

При гидравлическом расчете водяной системы отопления потери давления в местных сопротивлениях допускается определять по выражению

Z = 500·· ν². (9)

Исходной величиной для выбора диаметров труб и выполнения гидравлического расчёта является расход воды на участке G_уч, кг/час, определяемый по формуле:

, (10)

где Q_уч – тепловая нагрузка участка, определяемая по расчётной схеме, Вт.

Остальные составляющие формулы те же, что и в формуле (5).

По значению расхода воды на участке G_уч, кг/час, по таблице или номограмме для гидравлического расчёта систем отопления, для стальных труб приложение II, таблица II.1 [12], для полимерных [8,9], ориентируясь на допустимые скорости движения воды назначают минимальный диаметр трубопровода d, мм, и выписывают соответствующие значения удельной потери давления на трение

R, Па/м, и скорость движения воды ν, м/сек. Аналогично определяют диаметры остальных участков и заносят в таблицу 2.

Виды местных сопротивлений на каждом расчётном участке определяют по схеме (запорная арматура, фасонные части – переходы, отводы, тройники, изгибы труб, теплосчётчики, отопительные приборы и т. д.). Для каждого вида местного сопротивления численное значение выбирают из таблиц, прилагаемых к таблицам гидравлического расчета трубопроводов, и затем суммируют Σζ для расчётного участка. Местное сопротивление ζ, принадлежащее двум смежным участкам (тройники, крестовины) относят к участку с меньшим расходом теплоносителя.

Потери давления в квартирном узле ввода (теплосчётчик, запорно-регулирующая арматура) принимаются ΔΡ = 15 кПа; в автоматическом термостатическом клапане RА-N у нагревательного прибора ΔΡ = 10 кПа.

Расчёт второстепенных циркуляционных колец системы проводят исходя из расчёта главного – основного кольца. В каждом новом кольце рассчитывают только дополнительные (не общие) участки параллельно соединенные с участками основного – главного кольца.

Таблица 2 – Гидравлический расчёт

N расчётного участка	Тепловая нагрузка участка Qуч , Вт	Расход воды на участке Gуч , кг/ч	Длина расчетного участка l, м	Диаметр трубы d, мм	Скорость ν, м/с	Удельные потери давления R, Па/м	Произведение Rl, Па	Сумма коэффициентов Σζ	Потери давления в местных сопротивле - ниях Z, Па	Потери давления на участке Rl+Z, Па	Примечание
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Главное циркуляционное кольцо

Итого: ΣΔΡ_уч=Σ(Rl+Z)=ΔΡ_со

Второстепенное циркуляционное кольцо

Итого: ΔΡ_i=Σ(Rl+Z)

Расхождение (невязка) в расчётных потерях давления на параллельно соединённых участках (без учёта общих участков) допустимо при тупиковом движении воды в магистралях до 15%. При невязке превышающей нормативное значение прибегают к установке балансировочных клапанов у основания стояков. Невязку определяют по выражению:

Невязка = , (11)

где ∆P_i+1^глав , ∆P_i ‑ потери давления в сравниваемых кольцах без учёта потерь давления на общих участках, Па.