Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление, 2002

Находим по формуле (8.22)

Расчет потерь давления на участках 19-26 заносим в табл. 8.6.

Таблица 8.6. Гидравлический расчет второстепенного циркуляционного кольца через стояк 1 двухтрубной системы отопления

Невязка ((2995 - 3017) / 2995)100 = -0,7 %, что допустимо.

Затем выбираем второстепенное циркуляционное кольцо через наиболее удаленный от теплового пункта стояк 11 и прибор на первом этаже.

Располагаемое циркуляционное давление для гидравлического расчета не общих участков (еще не рассчитанных) этого кольца определяем, как и ранее, применительно к формуле (8.25) путем сложения уже известных потерь давления от 9 до 15 участка основного кольца:

Вычисляем по формуле (8.22)

Расчет потерь давления на участках 27-32 заносим в табл. 8.7. Невязка ((2881 - 2881) / 2881)100 = 0.

На рис. 8.9 представлена эпюра циркуляционного давления в магистралях системы отопления, построенная на основании гидравлического расчета трех циркуляционных колец через приборы на первом этаже ближнего 1, среднего 7 (см. пример 8.6) и дальнего 11 стояков. На рисунке отмечены запас А циркуляционного давления в основном кольце (осн. ц. к) системы и невязки Б (-0,7 %) и В (0), полученные при расчете не общих участках второстепенных колец соответственно через стояки 1 и И.

231

При гидравлическом расчете вертикальной двухтрубной системы отопления после расчета основного и второстепенных циркуляционных колец через отопительные приборы на нижнем этаже дополнительно рассчитывают стояки. Расчет стояков двухтрубной системы сводится к выбору диаметра труб с увязкой потерь давления на параллельно соединенных участках (согласно формуле (8.10)), так как общие участки циркуляционных колец уже рассчитаны. При этом учитывается изменение естественного циркуляционного давления для приборов, размещаемых на различных этажах.

На рис. 8.10 изображены двухтрубные стояки систем с верхней (рис. 8.10, а) и нижней (рис. 8.10, б) разводками. Двойными линиями отмечены участки (пусть Q2>Q1), потери давления на которых известны из предшествующего расчета циркуляционных колец через приборы на первом этаже. Располагаемое циркуляционное давление для расчета дополнительных (не общих) участков, обеспечивающих теплоносителем приборы на втором этаже, параллельно соединенных с рассчитанными участками, составит:

Рис. 8.10. Схемы двухтрубных стояков с расчетными участками в системах водяного отопления: а - с верхней разводкой подающей магистрали; б - с нижней разводкой обеих магистралей

при верхней разводке

при нижней разводке

где h2- вертикальное расстояние между центрами охлаждения воды в отопительных приборах на втором и первом этажах.

233

Вторые слагаемые учитывают дополнительное естественное циркуляционное давление по формулам (7.34) и (7.39). Видно, что Рр.н.п<ΔРр.в.II за счет потерь давления на участке 1. С другой стороны, расчетных участков в стояках при нижней разводке больше (три участка - о, р и г между точками А и Б на рис. 8.10, б - пусть Q3>Q4), чем при верхней (два участка - риг между точками А и Б на рис. 8.10, а). Следовательно, увязка располагаемого и потерянного давления в стояках системы с нижней разводкой вполне достижима и система поэтому работает более устойчиво. Этим объясняется то, что при насосной циркуляции воды в многоэтажных зданиях применяются, если не однотрубные, то двухтрубные системы с нижней разводкой, а двухтрубные системы с верхней подающей магистралью используются ограниченно.

Пример 8.8. Выполним гидравлический расчет труб стояка 7 для теплоснабжения отопительных приборов на втором этаже по условиям примера 8.6. Тепловые нагрузки участков стояка и отопительных приборов указаны на рис. 8.8.

Располагаемое циркуляционное давление для расчета не общих участков, параллельно соединенных с участком 10 основного циркуляционного кольца находим по формуле (8.32, б), заменяя в ней, как и раньше, (ρо - ρг) на β(tr -to).

При Σ(R1+ Z)=131 Па, β=0,64 кг/(м3·°С) и h2=3,3 м (см. рис. 8.8) получим

Таблица 8.8. Гидравлический расчет циркуляционного кольца через стояк 7 и отопительный прибор на втором этаже

Определяем по формуле (8.22)

и расчет потерь давления на участках 33-35 сводим в табл. 8.8.

Невязка: ((338 - 301) / 338)100 = 10, 9%, что допустимо.

Гидравлический расчет циркуляционных колец через отопительные приборы, расположенные на вышележащих этажах, выполняют аналогично. При этом потери давления на уже рассчитанных вертикальных участках стояка в располагаемое циркуляционное давление не включают.

234

При гидравлическом расчете ветвей горизонтальных однотрубных систем необходим предварительный расчет отопительных приборов, так как расчетная длина участков в ветвях зависит от длины приборов. Длину приборов определяют ориентировочно исходя из значений номинального теплового потока, приведенных в справочной литературе.

Отопительные приборы с трубчатыми нагревательными элементами Dy15 и Dy20 включают в каждую горизонтальную ветвь как последовательно соединенные расчетные участки (см. приборы ветви II на рис. 6.5). Длину проточных отопительных приборов с каналами и трубами Dy32- Dy100 (см. приборы ветви I на рис. 6.5) вычитают из длины ветвей, т.е. они уменьшают расчетную длину соединяющих их труб. Расчетная длина труб при приборных узлах с замыкающими и обходными участками зависит от расположения этих участков (см., например, ветви на втором и третьем этажах на рис. 7.24). Если замыкающие участки находятся под приборами (см. рис. 5.10, а), то их длина определяется длиной приборов.

Для придания горизонтальной однотрубной системе многоэтажного здания вертикальной устойчивости при гидравлическом расчете поэтажных ветвей исходят из условия

которое означает, что потери давления в горизонтальной ветви не должны быть меньше максимального значения естественного циркуляционного давления, возникающего при охлаждении воды в приборах на верхнем этаже здания (см. формулу (7.35)). При этом скорость движения воды в трубах ветви должна превышать 0,25 м/с для обеспечения надежного уноса воздуха. При гидравлическом расчете ветвей возможны два случая.

1.Основное циркуляционное кольцо выбрано по выражению (8.21) и рассчитано через горизонтальную ветвь на первом этаже. Тогда располагаемое циркуляционное давление для гидравлического расчета дополнительных параллельных участков, соединяющих ветвь приборов на втором этаже с горизонтальной ветвью приборов на первом этаже, определяется по формуле (8.32, а) или (8.32, б), причем потерей давления на участке m в формуле будет потеря давления во всей горизонтальной ветви на первом этаже.

2.Основное циркуляционное кольцо выбрано и рассчитано через горизонтальную ветвь на верхнем N-м этаже. Тогда располагаемое циркуляционное давление для гидравлического расчета лежащей ниже горизонтальной ветви на (N - 1)-м этаже составит

где Σ(R1+ z)n - потери давления (ранее вычисленные) на участках, параллельно соединенных с новой ветвью, Па; hN - вертикальное расстояние между условными центрами охлаждения воды в ветвях на N-м и (N-1)-м этажах, м.

Невязка потерь давления в параллельно соединенных горизонтальных однотрубных ветвях допустима до 15 %.

На основании гидравлического расчета выполняют окончательный тепловой расчет отопительных приборов с учетом теплоотдачи труб.

235

§ 8.4. Гидравлический расчет системы водяного отопления по характеристикам сопротивления и проводимостям

Расчет по характеристикам сопротивления и проводимостям применяют при проектировании насосных однотрубных систем отопления.

При гидравлическом расчете вертикальных однотрубных систем многоэтажных зданий, состоящих из однотипных по конструкции стояков, практически допустимо не считаться с различиями в значениях естественного циркуляционного давления в отдельных кольцах. Тогда при известных диаметре и длине труб распределение потоков воды между стояками будет определяться их проводимостью.

Точные значения потоко-распределения в однотрубной системе между стояками и приборами получают, если гидравлический расчет выполнен при скорости движения воды в трубах 0,8 м/с и более. Если же гидравлический расчет по характеристикам сопротивления и проводимостям сделан при скорости движения воды 0,3-0,8 м/с, то в действительности в такой системе фактический расход воды будет несколько меньше расчетного (на 5-10 %). Это произойдет вследствие больших потерь давления (из-за фактического увеличения коэффициентов гидравлического трения и местного сопротивления). Чтобы уменьшения расхода воды не происходило, гидравлический расчет рекомендуется выполнять не для легких, а для обыкновенных водогазопроводных труб, т.е. для труб с несколько уменьшенным внутренним диаметром (см. § 5.1). Тогда в однотрубной системе, смонтированной, как требуют СНиП, из легких труб, действительный расход воды будет достаточно близок к расчетному.

Рассмотрим гидравлический расчет по характеристикам сопротивления и проводимостям

вертикальной однотрубной системы отопления с тупиковым движением воды в магистралях.

При расчете возможны, как известно (см. § 3.4), различные исходные положения: в одном случае давление, создаваемое циркуляционным насосом, рн - известно, т.е. может считаться заданным, в другом - рн не известно. Давление рн фактически задано при известном типоразмере используемого насоса, а также при зависимом присоединении системы отопления к наружным теплопроводам, когда известна разность давления воды в подающем и обратном теплопроводах в месте их ввода в здание.

Давление рн не задано при местном теплоснабжении системы отопления, а также при независимом ее присоединении к наружным теплопроводам, хотя и в этом случае типоразмер циркуляционного насоса может быть выбран до гидравлического расчета системы и тогда рн также может считаться заданным.

1. Основной случай: рн - задано.

Гидравлический расчет начинают с основного циркуляционного кольца (см. § 8.3), для которого определяют Rcp по формуле (8.22).

Для выбора диаметра труб на каждом участке находят расчетное значение удельной ха-

рактеристики сопротивления, Па/(м(кг/ч)2):

236

При выборе диаметра принимают: для стояков - ближайший меньший диаметр, для магистралей - ближайший больший диаметр труб (чтобы увеличить потери давления в стояках относительно потерь в магистралях).

Гидравлический расчет проводят, используя вспомогательную таблицу (табл. 10.7 в Справочнике проектировщика [10]), составленную при усредненных значениях плотности воды рср и коэффициента гидравлического трения λ. Для примера приведем часть этой таблицу (табл. 8.9) и найдем потери давления на участке системы отопления (пример 8.9).

Таблица 8.9. Характеристика обыкновенных водогазопроводных труб, применяемых в системах водяного отопления

Пример 8.9. Определим потери давления на участке системы отопления по условиям примера 8.2 при R=144 Па/м.

Удельная характеристика сопротивления по формуле (8.35)

Принимаем, ориентируясь на значения Sуд.тр в табл. 8.9, трубу Dy15. Данные для расчета и его результаты вносим в табл. 8.10.

Таблица 8.10. Расчет потери давления на участке системы отопления

Характеристика сопротивления участка получена по формуле (8.14)

237

где значения λ/dв и Ауч приняты по табл. 8.9.

Потери давления на участке найдены по формуле (8.12)

Несовпадение результатов расчета в примерах 8.2 и 8.9 закономерно: в примере 8.2 расчет проделан для легких, в примере 8.9 - для обыкновенных водогазопроводных труб.

При гидравлическом расчете вертикальной однотрубной системы по характеристикам сопротивления и проводимостям допустимо, как известно, отклонение перепада температуры воды в стояках в пределах до ±7 °С от принятого перепада для системы. На этом основании при тупиковом движении воды в магистралях найдено, что потери давления в ближнем и дальнем от теплового пункта стояках (в стояках 1 и 7 на рис. 8.1, а) могут отличаться приблизительно на 20 %. Следовательно, для увязки циркуляционного давления в системе примерно 30 % потерь давления в дальнем стояке должно быть израсходовано на участках магистралей между крайними стояками. Остальная часть расчетного циркуляционного давления может быть потеряна на участках магистралей между тепловым пунктом и ближним к нему стояком. Тогда эпюра циркуляционного давления примет вид, изображенный штрихпунктирными линиями на рис. 8.2.

Потери давления в дальнем стояке, входящем в основное циркуляционное кольцо, определяют по его характеристике сопротивления, задаваясь расходом воды в нем, соответствующим несколько большему перепаду температуры (в пределах 7 °С) по сравнению с принятым для системы. При вычислении характеристики сопротивления стояка характеристики сопротивления отдельных узлов находятся по проводимости участков, составляющих каждый узел (см. формулу (8.18)).

При известной проводимости участков, составляющих приборный узел, можно установить значение коэффициента затекания воды в отопительный прибор.

Преобразовав формулу (8.29), получим выражение для определения коэффициента затекания воды в один из участков узла, состоящего из двух параллельно соединенных участков:

или через характеристики сопротивления

В более общем случае - при параллельном соединении нескольких участков - знаменатели формул (8.37) составляются из проводимостей или характеристик сопротивления всех участков, входящих в узел.

Пример 8.10. Определим характеристику сопротивления и потери давления в стояке 2 (см. рис. 8.6) по условиям примера 8.3.

Расход воды в стояке найдем по формуле (7.23), задаваясь перепадом температуры, увеличенным на 3 °С по сравнению с принятым в системе (25 °С):

238