Книги / Махов Л.М. Отопление учеб. для вузов

ц н

Рис. 8.8. Расчетная схема насосной (элеваторной) двухтрубной системы водяного отопле-

ния с нижней разводкой и попутным движением воды в магистралях (к примеру 8.6): а -

схема магистралей; б - схема стояка 7 (остальные стояки аналогичные по конструкции и тепловой нагрузке); обозначения на схеме - см. рис. 8.6

действительные значения удельных линейных потерь давления К. Затем вычисляем ли-

нейные потери давления на участках К1. Первоначальный запас

{(Дрр - Х(К1 + 2)) / Дрр)100 = ((10176 - 8138) / 10176)100 = 20 %.

После уменьшения диаметра участка 17 (см. табл. 8.5) потери давления на нем увеличи- ваются до 1808 Па и запас циркуляционного давления в целом по системе составит

((10176 - 9156) / 10176) 100 = 10 %.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений на участках магистралей и стояка найде- на, как и для системы в примере 8.3. Например, для подводок к радиатору (участок 10) она

составляет:

крестовина на ответвлении при делении потока при

!©> = 28.1

231

Таблица 8.5. Гидравлический расчет основного циркуляционного кольца двухтруб- ной системы водяного отопления

В результате расчета для получения равенства (8.23) потребовалось уменьшить диаметр участка 17 (первоначальные данные в табл. 8.5 заключены в скобки), так как был получен

запас циркуляционного давления (20 %), значительно превышающий требуемый -

5...10 %.

Пример 8.7. Выполним гидравлический расчет двух второстепенных циркуляционных

колец системы отопления по условиям примера 8.6 и построим эпюру циркуляционного

давления в ее магистралях.

Выбираем вначале второстепенное циркуляционное кольцо через ближний к тепловому

пункту стояк 1 (см. рис. 8.8) и отопительный прибор на первом этаже.

Располагаемое циркуляционное давление для гидравлического расчета не общих участ-

ков, параллельно соединенных с участками основного циркуляционного кольца, т.е. еще не рассчитанных участков 19-26, определяем путем сложения известных потерь давления

на участках от 3 до 11 (применительно к формуле (8.25)):

Др,=1(Ю + 2),.„-2995 Па

232

Находим по формуле (8.22)

Кср = 0, 65-2995 / 60,2 -22 Па/м.

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

Таблица 8.6. Гидравлический расчет второстепенного циркуляционного кольца че-

рез стояк 1 двухтрубной системы отопления

Невязка ((2995 - 3017) / 2995)100 = -0.7 %, что допустимо.

Затем выбираем второстепенное циркуляционное кольцо через наиболее удаленный от те-

плового 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 коль-

ца:

Лрр = + 2Ш Па.

Вычисляем по формуле (8.22)

кср = 0,65-2881 / 36,2 = 52 Па/м.

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 ото-

пления, 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 участ-

ках второстепенных колец соответственно через стояки 1 и И.

233

О &*

1, м

Рис. 8.9. Расчетная эпюра циркуляционного давления в двухтрубной системе отопления с

попутным движением воды в магистралях (к примеру 8.6): А - запас циркуляционного

давления; Б и В - невязки расчета; I, 2,3 и т.д. - номера расчетных участков; Ст. 1, Ст.2 и

т.д. - номера стояков

Таблица 8.7. Гидравлический расчет второстепенного циркуляционного кольца че-

рез стояк XI двухтрубной системы отопления

Из эпюры видно, что разности давления во всех промежуточных стояках обеспечивают необходимое направление движения теплоносителя. Однако для стояков 8 и особенно 9

разности давления в подающей и обратной магистралях слишком велики (по сравнению с

разностями в расчетных стояках). Для уменьшения разностей давления изменяем диаметр

участков 27 и 29 (см. табл.8.7, где заменяемые числа заключены в скобки), причем участок

29 составляем из труб [)у32 (11=4,0 м) и Оу25 (12=4,0 м). Окончательная линия изменения давления в подающей магистрали между стоякам 7 и 10 показана на рис. 8.9 пунктиром.

Невязка после изменения диаметра участков 27 и 29 составляет

((2881 - 2873) / 2881)100 = 0,3 %,

234

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 (^КД), потери

давления на которых известны из предшествующего расчета циркуляционных колец через приборы на первом этаже. Располагаемое циркуляционное давление для расчета дополни-

тельных (не общих) участков, обеспечивающих теплоносителем приборы на втором эта-

же, параллельно соединенных с рассчитанными участками, составит:

Рис. 8.10. Схемы двухтрубных стояков с расчетными участками в системах водяного ото-

пления: а - с верхней разводкой подающей магистрали; б - с нижней разводкой обеих ма- гистралей

при верхней разводке

где Й2- вертикальное расстояние между центрами охлаждения воды в отопительных при- борах на втором и первом этажах.

235

Вторые слагаемые учитывают дополнительное естественное циркуляционное давление по

формулам (7.34) и (7.39). Видно, что АРр н.п<АРр.в11за 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 (З3ХЗ4), чем при верхней (два участка -

риг между точками А и Б на рис. 8.10, а). Следовательно, увязка располагаемого и поте-

рянного давления в стояках системы с нижней разводкой вполне достижима и система по-

этому 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 использу-

ются ограниченно.

Пример 8.8. Выполним гидравлический расчет труб стояка 7 для теплоснабжения отопи- тельных 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 со-

единенных с участком 10 основного циркуляционного кольца находим по формуле (8.32,

б), заменяя в ней, как и раньше, (р0 - рг) на Р(1г -10).

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

Определяем по формуле (8.22)

=0,65*338 / 9,6 = 23 Па/м,

ирасчет 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, располо- женные на вышележащих этажах, выполняют аналогично. При этом потери давления на

уже рассчитанных вертикальных участках стояка в располагаемое циркуляционное давле-

ние не включают.

236

При гидравлическом расчете ветвей горизонтальных однотрубных систем необходим предварительный расчет отопительных приборов, так как расчетная длина участков в вет-

вях зависит от длины приборов. Длину приборов определяют ориентировочно исходя из значений номинального теплового потока, приведенных в справочной литературе.

Отопительные приборы с трубчатыми нагревательными элементами ^у\5 и ^у20 включа- ют 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 ^у32- ОуЮО (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 на- дежного уноса воздуха. При гидравлическом расчете ветвей возможны два случая.

1. Основное циркуляционное кольцо выбрано по выражению (8.21) и рассчитано через го- ризонтальную 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, определя-

ется по формуле (8.32, а) или (8.32, б), причем потерей давления на участке т в формуле будет потеря давления во всей горизонтальной ветви на первом этаже.

2. Основное циркуляционное кольцо выбрано и рассчитано через горизонтальную ветвь на

верхнем 1Ч-м этаже. Тогда располагаемое циркуляционное давление для гидравлического

расчета лежащей ниже горизонтальной ветви на (И - 1)-м этаже составит

где Е(КЛ + 2)п - потери давления (ранее вычисленные) на участках, параллельно соединен-

ных с новой ветвью, Па; - вертикальное расстояние между условными центрами охла-

ждения воды в ветвях на1Ч-м и (Ы-1 )-м этажах, м.

Невязка потерь давления в параллельно соединенных горизонтальных однотрубных вет-

вях допустима до 15 %.

На основании гидравлического расчета выполняют окончательный тепловой расчет ото-

пительных приборов с учетом теплоотдачи труб.

237

§ 8.4. Гидравлический расчет системы водяного отопления по характеристи-

кам сопротивления и проводимостям

Расчет по характеристикам сопротивления и проводимостям применяют при проектиро-

вании 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 прибо-

рами 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 ко- эффициентов 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 умень-

шенным внутренним диаметром (см. § 5.1). Тогда в однотрубной системе, смонтирован-

ной, 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 ма- гистралях.

При расчете возможны, как известно (см. § 3.4), различные исходные положения: в одном случае давление, создаваемое циркуляционным насосом, Арн - известно, т.е. может счи- таться заданным, в другом - Арн не известно. Давление Дрн фактически задано при извест- ном типоразмере используемого насоса, а также при зависимом присоединении системы отопления к наружным теплопроводам, когда известна разность давления воды в подаю-

щем и обратном теплопроводах в месте их ввода в здание.

Давление Арн не задано при местном теплоснабжении системы отопления, а также при не-

зависимом ее присоединении к наружным теплопроводам, хотя и в этом случае типораз-

мер циркуляционного насоса может быть выбран до гидравлического расчета системы и

тогда Дрн также может считаться заданным.

1. Основной случай: Арн - задано.

Гидравлический расчет начинают с основного циркуляционного кольца (см. § 8.3), для ко-

торого определяют Кср по формуле (8.22).

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

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

238

где Яср - средние удельные линейные потери давления, Па/м; Оор - ориентировочный рас- ход воды на участке, кг/ч, вычисленный по формуле (8.2).

Диаметр труб назначают, сопоставляя расчетные значения 8упр с величинами 8уд.тр для стандартных диаметров труб, найденными по формуле

^уд.тр I A1&1 (8.36)

где Ауч- удельное гидродинамическое давление Па/(кг/ч)2.

, “

При выборе диаметра принимают: для стояков - ближайший меньший диаметр, для маги-

стралей - ближайший больший диаметр труб (чтобы увеличить потери давления в стояках

относительно потерь в магистралях).

Гидравлический расчет проводят, используя вспомогательную таблицу (табл. 10.7 в Спра-

вочнике проектировщика [10]), составленную при усредненных значениях плотности во-

ды рср и коэффициента гидравлического трения X. Для примера приведем часть этой таб-

лицу (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 К=144 Па/м.

Удельная характеристика сопротивления по формуле (8.35)

5уд @ 144 / 240^- 25-1(И Па/(м(кг/ч)2) ,

Принимаем, ориентируясь на значения 8уд.тр в табл. 8.9, трубу Оу15. 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)

= 10,6(2,7-10 + 6)10'4 = 349,8- ЮЛ

239

где значения АУсЦ и Ауч приняты по табл. 8.9.

Потери давления на участке найдены по формуле (8.12)

Дрчч = 349.8-10-1 -240- - 2015 Па.

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 со-

противления и проводимостям допустимо, как известно, отклонение перепада температу-

ры воды в стояках в пределах до ±7 °С от принятого перепада для системы. На этом осно- вании 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 от-

личаться 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 циркуля-

ционного давления может быть потеряна на участках магистралей между тепловым пунк-

том и ближним к нему стояком. Тогда эпюра циркуляционного давления примет вид, изо-

браженный штрихпунктирными линиями на рис. 8.2.

Потери давления в дальнем стояке, входящем в основное циркуляционное кольцо, опре- деляют по его характеристике сопротивления, задаваясь расходом воды в нем, соответст-

вующим несколько большему перепаду температуры (в пределах 7 °С) по сравнению с

принятым для системы. При вычислении характеристики сопротивления стояка характе- ристики сопротивления отдельных узлов находятся по проводимости участков, состав-

ляющих 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 зате- кания воды в один из участков узла, состоящего из двух параллельно соединенных участ-

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, уве-

личенным на 3 °С по сравнению с принятым в системе (25 °С):

240