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

Для примера определим характеристику сопротивления участка 14:

Результаты всех расчетов сведем в табл. 8.11.

Таблица 8.11. Расчет характеристики сопротивления стояка 1 (Qcт.1=8000 Вт)

По проводимости стояка (формула (8.16)) αст = 100 / 180,160,5 = 7,45 найдем из формулы (8.15) расход воды

Перепад температуры воды в стояке по формуле (8.27)

что допустимо.

Пример 8.12. Определим диаметр и потери давления на участках магистралей системы отопления (на участках 2 и 8 по рис. 8.6), исходя из данных примеров 8.3, 8.10 и8.11.

Общий расход воды по расчету Gмаг= 160 + 369 = 529 кг/ч.

Удельная характеристика сопротивления при Rcp=76 Па/м по формуле (8.35)

Принимаем по табл. 8.9 трубу Dy25.

Характеристики сопротивления участка 2 при 1 = 5 м, Σζ = 11,9 и участка 8 при I = 9 м, Σζ = 10,5 (см. табл. 8.3) по формуле (8.14)

241

Общие потери давления на двух участках магистралей по формуле (8.12)

Располагаемый перепад давления для третьего от конца системы стояка (стояка 5 на рис. 8.1, а) будет равен сумме потерь давления в последнем стояке (стояке 7) и на двух прилагающих участках магистралей (т.е. от точки 5 через точки 6, 7, 7’, 6' до точки 5' на рисунке). Исходя из перепада давления, по характеристике сопротивления определяют расход и перепад температуры воды в стояке. Таким образом продолжают вести расчет остальных стояков и участков магистралей. Наконец, находят общие расход воды Gc' и потери давления рс' в системе.

Обобщим последовательность гидравлического расчета вертикальной однотрубной системы водяного отопления с тупиковым движением воды в магистралях при заданном насосном давлении рн:

а) определяют расчетное циркуляционное давление рр с включением в него ре, вычисленного для среднего стояка при Δtст = Δtc;

б) находят Rcp в основном циркуляционном кольце через наиболее удаленный и нагруженный стояк (тупиковый стояк);

в) рассчитывают расход воды в тупиковом стояке при условии, что Δtст > Δtc на 3-5 °С; г) вычисляют Sуд. p для тупикового стояка;

д) выбирают диаметр труб тупикового стояка dст при условии Sуд,тр > Sуд.р е) определяют Sст для тупикового стояка;

ж) находят потери давления рст в тупиковом стояке;

з) вычисляют для предпоследнего стояка Sст, Gст, Δtст исходя из рст;

и) рассчитывают рмаг в парных участках магистралей, прилегающих к предпоследне-

му стояку, выбрав dмаг при условии Sуд.тр < Sуд.р;

к) определяют для системы в целом Gc' и рс', продолжая расчет по п.п. з) и и) остальных стояков и участков магистралей.

Необходимость дальнейших уточняющих расчетов выявляется при сопоставлении полученных значений Gc' и рс' с исходными (заданными) величинами Gc (по формуле (8.3)) и

рр. Если они достаточно близки (расхождение не превышает 5-10 %), то определяют уточненное значение насосного циркуляционного давления по формуле (3.9) и на этом гидравлический расчет заканчивают.

При значительном расхождении с исходными данными дальнейшие уточняющие расчеты могут проводиться в двух направлениях в зависимости от предъявляемых требований.

А. Если потребуется потери давления в системе рс' привести в соответствие с расчетным циркуляционным давлением рр (с запасом 10 %), то в зависимости от их соотношения необходимо будет пересчитать и расход воды в системе. Новый расчетный расход воды Gp в этом случае определяют по формуле

Этот расчетный расход воды в системе Gp не будет равен исходному расходу Gc, поэтому конечная температура обратной воды в системе будет отличаться от обычной (например, от 70 °С). При изменении общего расхода воды в системе изменится и расход воды на всех ее участках пропорционально коэффициенту

242

Таблица 8.12. Теплогидравлические показатели части однотрубной системы водяного отопления

Видно, что при увеличении потерь давления (вариант 1) сокращаются перепады температуры воды в стояках, что способствует уменьшению площади приборов, хотя и сопровождается ростом расхода и температуры обратной воды. Обеспечение tо=70 °C (вариант 2)

приводит к значительному увеличению перепада температуры вода в стояке 2.

2. Второй случай: рн- не задано.

В этом случае давление, создаваемое циркуляционным насосом, устанавливают по формуле (3.9) после выполнения гидравлического расчета с определением потерь давления как в системе отопления, так и в оборудовании теплового пункта.

Диаметр труб при гидравлическом расчете подбирают таким образом, чтобы скорость движения вода в них приближалась, но не превышала, предельно допустимую по акустическому ограничению (см. § 3.4). Этот случай гидравлического расчета системы отопления часто называют расчетом по предельно допустимой скорости.

Для проверки скорости движения вода при выборе диаметра труб используют отношение G / w (см. табл. 8.9), выражающее расход вода при скорости 1 м/с. Ориентировочную скорость движения вода в трубах w, м/с, можно вычислить также по формуле

где G - расход воды, кг/ч; уч - удельное гидродинамическое давление на участке, Па/(кг/ч)2, принимаемое по табл. 8.9.

Пример 8.14. Определим скорость движения вода в обыкновенной водогазопроводной трубе Dy15 по условиям примера 8.9.

Скорость движения вода при G=240 кг/ч найдем двумя путями:

1) по табл. 8.9 при Dy15 G / w=690 и, следовательно, w = 240 / 690 = 0,35 м/с;

244

2) по формуле (8.42)

(в примере 8.2 в легкой трубе, т.е. в трубе большего диаметра, w=0,326 м/с).

Последовательность гидравлического расчета системы отопления в случае, если рн не задано, остается такой же, как в первом случае за исключением первоначальных действий по определению удельной характеристики сопротивления Sуд р, необходимой для выбора диаметра труб. Вместо этого диаметр труб, как уже сказано, назначают, используя усло-

вие wtp < wпред т.е. что скорость движения воды в них wтр не должна превышать предельно допустимой wпред по акустическому ограничению.

Порядок гидравлического расчета вертикальной однотрубной системы водяного отопления с тупиковым движением вода в магистралях поясним в этом случае на примере.

Пример 8.15. Выполним гидравлический расчет вертикальной однотрубной системы водяного отопления 5-этажного лечебного здания с верхней разводкой, состоящей из двух симметричных пофасадных частей тепловой мощностью по 127,5 кВт каждая и отдельной ветви для отопления конференц-зала мощностью 40 кВт (рис. 8.11).

Система присоединяется по независимой схеме к наружным теплопроводам. Параметры первичного теплоносителя воды tl=150 °С, 12=70 °С.

Отопительные приборы - радиаторы МC 140 с тепловой нагрузкой 1275 Вт каждый - устанавливаются у стены под окнами и с двух сторон присоединяются к стоякам с кранами КРТ и утками.

Параметры теплоносителя воды в системе отопления принимаем: tг=85 °С, tо=65 "С.

Гидравлический расчет системы отопления начинаем с наиболее удаленного от теплового пункта стояка 5 (см. рис. 8.11).

245

принимая следующие коэффициенты местного сопротивления (КМС): тройника на растекании - 6,3; двух уток - 1,6; крана КРТ на проходе - 3,5; радиатора - 1,3; тройника на проходе - 0,7; тройника на противотоке - 5,0; всего - 18,4.

Тогда общая характеристика сопротивления двойного приборного узла по формуле (8.18)

Найдем характеристику сопротивления шести последовательно соединенных участков стояка общей длиной 27,9 м

при КМС: двух тройников на проходе - 4,4; двух пробочных кранов - 7,0; двух спускных тройников на проходе - 1,4; двух отводов - 1,6; внезапных расширения и сужения потока -

1,5; всего - 15.9.

Отсюда характеристика сопротивления всего стояка 5 по формуле (8.19)

Потери давления в стояке 5 по формуле (8.12) составят

Перейдем к гидравлическому расчету стояка 4 (см. рис. 8.11), где при известном циркуляционном давлении найдем расход воды. Для этого определим характеристику сопротивления стояка, который состоит из таких же пяти двойных приборных узлов и участков общей длиной 17,9 м.

При том же диаметре труб стояка Dy15 характеристика сопротивления участков стояка 4 составит

где 14,0 - сумма следующих КМС: тройника на ответвлении при делении потока -1,34; четырех отводов - 3,2; двух пробочных кранов - 7,0; двух тройников на проходе - 1,4; тройника на ответвлении при слиянии потоков -1,1-Характеристика сопротивления стояка 4

Определим расход воды в стояке 4 при циркуляционном давлении 30332 Па из формулы

(8.12)

При найденном расходе установим перепад температуры воды в стояке 4 из формулы

(7.23)

247

Теперь можно рассчитать потери давления на двух участках магистралей, прилегающих к стояку 4. Расход воды на этих участках 6-7 (подающей) и 6'-7' (обратной) магистралей равен сумме расходов вода в стояках 4 и 5

Принимая диаметр участков Dy25 (при скорости движения воды w = 1040 / 2000 = 0,52 м/с - см. табл. 8.9) и зная общую длину -12м, определим характеристику их сопротивления

где 5,3 - сумма КМС: двух тройников на проходе - 2,3; воздухосборника - 1,5; внезапных расширения и сужения потока - 1,5.

Тогда потери давления на участках магистралей 6-7 и 6'-7' составят

Перейдем к гидравлическому расчету стояка 3.

Стояк 3 по конструкции аналогичен стояку 4 (см. рис. 8.11). Однако его характеристика сопротивления несколько уменьшена в связи с тем, что КМС тройников на ответвлении при делении и слиянии потоков (в местах присоединения стояка к магистралям) составляют 1,2 и 0,9, т.е. меньше по значению, чем для стояка 4.

Характеристика сопротивления участков стояка 3 из труб Dy15 при длине 17,9 м и сумме КМС, равной 13,7:

Общая характеристика сопротивления стояка 3:

Располагаемое циркуляционное давление для стояка 3 составляет

Тогда расход воды в стояке 3

При таком расходе перепад температуры воды в стояке 3

Проделанные и дальнейшие гидравлические расчеты сведем в табл. 8.13. Отметим, что расчеты проведены без учета различия в значениях естественного циркуляционного давления в стояках ввиду его незначительности (менее 1 %).

248

При составлении табл. 8.13 учтены следующие местные сопротивления на участках магистралей (см. рис. 8.11):

5-6 и 5'-6' - два тройника на проходе (сумма КМС -1,9);

4-5 и 4'-5' - два тройника на проходе, внезапные расширение и сужение потока

(3,2);

3-4 и 3'-4' - тройники на растекании и противотоке, внезапные расширение и сужение потока (12,8);

2-3 и 2'-3' - пять отводов, две задвижки, два спускных тройника на проходе, внезапные расширение и сужение потока (8,4);

1-2 и 1 '-2' - пять отводов, четыре задвижки, грязевик, обратный клапан, тройники на ответвлении и проходе (19,8).

Таблица 8.13. Гидравлический расчет вертикальной однотрубной системы водяного отопления (по способу характеристик сопротивления)

* По отдельному расчету.

В результате гидравлического расчета получено, как и следовало ожидать в системе с тупиковым движением воды в магистралях, постепенное увеличение расхода вода в стояках по мере приближения к тепловому пункту (от 485 до 620 кг/ч). При этом происходит сокращение перепада температуры воды в стояках (от 24 до 18,8°С). В системе отопления в целом установлен общий перепад температуры воды

достаточно близкий к заданному (20 °С).

Потоко-распределение по стоякам системы отопления получено без проведения искусственных мероприятий (без установки, например, дросселирующих диафрагм на стояках). Кроме того, выявлены значения температуры теплоносителя в стояках, необходимые для точного расчета площади отопительных приборов.

Пример 8.16. Рассчитаем водоводяной теплообменник скоростного типа и подберем циркуляционный насос для системы водяного отопления по условиям примера 8.15 (см. рис.

8.11).

249

Требуемую площадь нагревательной поверхности теплообменника найдем по формуле

(3.1)

где коэффициент теплопередачи принят равным 1500 Вт/(м2· °С) без детального расчета, а средняя разность температуры греющей (параметры 150 и 70 °С) и нагреваемой (параметры 85 и 85 - 20,4 = 64,6 °С) воды определена по формуле

Выбирая теплообменник наружным диаметром 114 мм (площадь одной секции длиной 4 м - 3,54 м2), получим число секций по формуле (3.2) N = 8,7 / 3,54 = 2,5 секции. Принимаем к установке 3 секции.

Потери давления при движении нагреваемой воды системы отопления в межтрубном пространстве теплообменника (см. рис. 8.11) найдем по формуле (3.3)

где скорость движения воды в межтрубном пространстве (площадь поперечного сечения 0,005 м2) вычислена по формуле (3.4)

при средней плотности нагреваемой воды 975 кг/м3 (при температуре воды 75 °С).

Центробежный насос для создания циркуляциии в системе отопления должен иметь подачу

где 980 кг/м3 - плотность обратной воды при температуре 65 °С.

Давление, создаваемое циркуляционным насосом, складывается из потерь давления в системе отопления, найденных в примере 8.15 (с запасом 10 %), и в теплообменнике за вычетом естественного циркуляционного давления:

где 1100 Па - естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в отопительных приборах среднего стояка 3 (см. рис. 8.11), найденное по фор-

муле (7.28).

Отсюда требуемый напор насоса

250