Лекция 7

Гидравлический расчёт систем отопления

Общие положения [1, с.151-159]

Системы отопления (СО) представляют собой разветвлённую сеть теплопроводов, выполняющих важную функцию распределения теплоносителя по отопительным приборам. Целью гидравлического расчёта является определение диаметров теплопроводов при заданной тепловой нагрузке и расчётном циркуляционном давлении, установленном для данной системы.

При движении реальной жидкости по трубам всегда имеют место потери давления на преодоление сопротивления двух видов – на трение и в местных сопротивлениях. К местным сопротивлениям относятся тройники, крестовины, отводы, вентиля, краны, отопительные приборы, котлы и т.д. (другими словами, это локальные элементы системы, в которых скорость движения теплоносителя изменяется или по величине, или по направлению).

Потери давления R_т, Па, на преодоление трения на участке теплопровода с постоянным расходом теплоносителя и неизменным диаметром, определяется по формуле:

, (7.1)

где: d – диаметр теплопровода, м;

 - коэффициент гидравлического трения;

w – скорость движения теплоносителя, м/с;

 - плотность теплоносителя, кг/м³;

R – удельные потери давления, Па/м;

l - длина участка теплопровода, м.

Потери давления на преодоление местных сопротивлений, Па, определяются так:

, (7.2)

где:  – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке теплопровода.

Суммарные потери давления, возникающие при движении теплоносителя в теплопроводе циркуляционного кольца, должны быть меньше расчётно-циркуляционного давления, устанавливаемого для данной системы. Под расчётным циркуляционным давлением понимается давление, необходимое для поддержания принятого гидравлического режима СО.

При расчёте главного циркуляционного кольца (наиболее неблагоприятного в гидравлическом отношении циркуляционного контура) рекомендуется предусматривать запас давления на неучтённые сопротивления, но не более 10% расчётного давления:

(Rl+Z)_гцк=0,9р_р. (7.3)

Методика гидравлического расчёта [1, с.159-171]

1. До гидравлического расчёта теплопроводов выполняют аксонометрическую схему СО со всей запорно-регулирующей арматурой. К составлению такой схемы приступают после того, как:

- подсчитана тепловая мощность СО здания;

- выбран тип отопительных приборов и определено их число для каждого помещения;

- размещены на поэтажных планах здания отопительные приборы, подающие и обратные стояки, а на планах чердака и подвала – подающие и обратные магистрали;

- выбрано место для теплового пункта или котельной;

- показано на плане чердака или верхнего этажа (при совмещённой крыше) размещение расширительного бака и приборов воздухоудаления.

На планах этажей, чердака и подвала подающие и обратные стояки СО должны быть пронумерованы, а на аксонометрической схеме кроме стояков нумеруют все расчётные участки циркуляционных колец, а также указывают тепловую нагрузку и длину каждого участка.

Расчётным участком называют участок теплопровода с неизменным расходом теплоносителя.

2. Выбирают главное циркуляционное кольцо. В тупиковых схемах однотрубных систем за главное принимается кольцо, проходящее через дальний стояк, а в двухтрубных системах – кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка.

3. Определяют расчётное циркуляционное давление р_р.

р_р=р_нас+р_е=р_нас+E(р_е.пр+р_е.тр). (7.4)

где: р_нас – циркуляционное давление, создаваемое насосом или элеватором, Па;

E – коэффициент, определяющий долю максимального естественного давления, которую целесообразно учитывать в расчётных условиях;

р_е.пр – давление, возникающее в системе за счёт охлаждения воды в отопительных приборах, Па;

р_е.тр – давление, возникающее в системе за счёт охлаждения воды в теплопроводах, Па.

4. При расчёте по методу удельных потерь давления для предварительного выбора диаметров теплопроводов определяют среднее значение удельного падения давления по главному циркуляционному кольцу:

, (7.5)

где: k – коэффициент, учитывающий долю потери давления на местные сопротивления от общей величины расчётного циркуляционного давления (k=0,35 – для СО с искусственной циркуляцией, k=0,5 – для СО с естественной циркуляцией);

l – общая длина расчётного циркуляционного кольца;

р_р – расчётное циркуляционное давление, Па.

5. Определяют расходы воды на расчётных участках G_уч, кг/ч:

, (7.6)

где: Q_уч – тепловая нагрузка участка, составленная из тепловых нагрузок отопительных приборов, обслуживаемых протекающей по участку водой, Вт;

c – теплоёмкость воды, кДж/(кгК);

t_г-t_о – перепад температур воды в системе, С;

₁ и ₂ – коэффициенты, учитывающие условия установки отопительных приборов;

3,6 – коэффициент перевода Вт в кДж/ч.

Ориентируясь на полученные значения R_ср и G_уч с помощью специальных таблиц можно подобрать оптимальные диаметры труб расчётного кольца. Обычно все данные, получаемые при расчёте теплопровода, заносят в специальную таблицу.

При расчёте отдельных участков теплопровода необходимо иметь в виду следующее:

- местные сопротивления тройников и крестовин относят к расчётным участкам с меньшим расходом теплоносителя;

- местные сопротивления отопительных приборов, котлов и подогревателей учитывают поровну в каждом примыкающем к ним участке.

Если по произведённому расчёту с учётом запаса до 10% расходуемое давление в системе будет больше или меньше расчётного давления р_р, то на отдельных участках кольца следует изменить диаметры труб.

После расчёта главного циркуляционного кольца рассчитывают параллельные циркуляционные кольца, которые состоят из участков главного кольца (уже рассчитанных) и дополнительных (не общих) участков, ещё не рассчитанных. Производится «увязка» потерь давления, т.е. получение равенства потерь давления на параллельно соединённых дополнительных участках других колец и не общих участках главного кольца.