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

<3СГ = 4500*3,6 1 ,064 ,1 / (4,187(25 + 3)) = 160 кг/ч.

Стояк состоит из последовательно соединенных трех участков и двух приборных узлов

(на первом и втором этажах). Удельная характеристика сопротивления при Кср=76 Па/м по

формуле (8.35)

5удр = 76 / 1602 = 29,7-1 О*4 Па/(м(кг/ч)2).

Принимаем по табл. 8.9 трубу 1)у15.

узел с трехходовым краном на третьем этаже) по формуле (8.14)

= 10,6(2,744 + 15,35)1(Н = 563,440^ Па/(кг/ч)4

Для определения характеристики сопротивления узла на втором этаже, состоящего из па- раллельно соединенных подводок с прибором с одной стороны и замыкающего участка с другой, найдем характеристики сопротивления (по формуле (8.14)) и проводимости (по

Характеристика сопротивления узла по формуле (8.18):

^>'1.11 = 1 / (6,87 + 16,1)2 = 194 О*4.

Попутно вычислим коэффициент затекания воды в прибор на втором этаже по формуле

(8.37, а):

а„ = 6,87 / (6,87 + 16,1) = 0,3.

Коэффициент затекания, как и следовало ожидать, получился меньше, чем в примере 8.3 (0,33), так как найден без учета естественного циркуляционного давления в малом кольце,

способствующего затеканию воды в прибор.

Аналогично для узла на первом этаже определяем:

10,6(2,7-3 + 0,8)104 = 94,34 О*4; $пр.1 = 10,6(2,74 + 9,65)10-* = 130,940*4 апр.] = 8,74;

^ту.1 = 10,6(2,7 0,5 + 7,4)10^ = 92,75-10^; а1-У.| = Ю,4; 5^ = 1 / (8,74 + 10,4)- = 27,3 10-*:

сх|- = 8,74 / (8,74 + 10,4) = 0,46 ( в примере 8.3 - 0,5);

= 10,6(2,7-6,5 6,4)10-4 = 253,94 О*4.

Таким образом, характеристика сопротивления стояка по формуле (8.19)

241

5СТ = (563,4 + 19 + 94,3 + 27, 3 + 253,9)10-4 = 957,9- 10-* Па/(кг/чр.

Проводимость стояка по формуле (8.16)

= 100 / 957,9°-5 = 3,23 кг/(ч-Па«).

Потери давления в стояке по формуле (8.12)

Дрст = 957,9- 1(И- 160? -2452 Па.

Потери давления в стояке уменьшились (в примере 8.3 - 2726 Па) главным образом в свя-

зи с сокращением расхода воды.

По приведенным в примере 8.10 расчетам можно сделать вывод, что при смещении замы-

кающего участка от оси стояка значительно увеличивается затекание воды в приборы, од-

нако при этом возрастает сопротивление приборных узлов.

После гидравлического расчета дальнего (последнего) стояка переходят к расчету предпо-

следнего стояка (стояка 6 на рис. 8.1, а). Потери давления в этом стояке должны быть рав- ны потерям давления в уже рассчитанном последнем стояке, если пренебречь различием в

значениях естественного циркуляционного давления (см. второе слагаемое в формуле

(8.26)). Исходя из Дрст-выбрав диаметр труб предпоследнего стояка и вычислив характе-

ристику сопротивления, находят расход и перепад температуры воды в нем. Если перепад

температуры отличается от принятого для системы не более, чем на ±7 °С (при большем

отличии изменяют диаметр труб предпоследнего стояка), то переходят к расчету приле- гающих парных участков магистралей. Сумма расходов воды в двух стояках определяет

расход воды на прилегающих участках магистралей (5-6 и 5'-6' на рис. 8.1, а). По расходу

выбирают их диаметр и находят потери давления.

Пример 8.11.Определим характеристику сопротивления и расход воды в стояке 1 (рис.

8.6) по данным примера 8.10.

Найдем из формулы (8.12) необходимую характеристику стояка при Арст=2452 Па и ори- ентировочном расходе воды 500 - 160 = 340 кг/ч (см. пример 8.3)

Принимаем диаметр труб стояка Пу20, приборных узлов ^у ^5 (см. пример 8.4).

Отдельно запишем еще не встречавшееся определение характеристики сопротивления приборного узла, состоящего из трех параллельно соединенных участков (узел на втором

При суммарной проводимости узла ауз = 6,06 + 6,3 + 18,19 = 30,55 коэффициенты затека- ния воды в первый прибор апрт = 6,06 / 30,55 = 0,2, во второй - апр2 6,3 / 30,55 = 0,21 и характеристика сопротивления узла II 8уз = 1/30,552 = 10,71-10"4.

242

Для примера определим характеристику сопротивления участка 14:

Зм = 3, 19- ] ,8-2,5- Ю-4 - 14,35КК

Результаты всех расчетов сведем в табл. 8.11.

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

С„ = о„(ЛРст)0.! = 7.45-2452« = 369 кг/ч.

Перепад температуры воды в стояке по формуле (8.27)

Д1СТ = 8000-3,6- 1 ,06- 1 , 1 ( (4, 187 369) = 21,7 °С

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 Омаг 160 + 369 = 529 кг/ч.

Удельная характеристика сопротивления при К.ср=76 Па/м по формуле (8.35)

5уд.р = 76 / 5292 = 2,72- 1 (Н Па/(м(кг/чУ ).

Принимаем по табл. 8.9 трубу Е)у25.

Характеристики сопротивления участка 2 при 1 = 5 м, Е^= 11,9 и участка 8 при I = 9 м, ЕС

= 10,5 (см. табл. 8.3) по формуле (8.14)

3,- 1,23( 1 ,4-5 н- 11.9) 1 (Н = 23,25- КН;

Зя = 1,23(1,4-9 + 10,5)1 (Н = 28,4-10-4 Па/(кг/чу.

243

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

Др2,в = (23,25 + 28,4)10^529^ = 1445 Па.

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 прила-

гающих участках магистралей (т.е. от точки 5 через точки 6, 7, 7’, 6' до точки 5' на рисун-

ке). 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 Ос' и потери давле-

ния Арс' в системе.

Обобщим последовательность гидравлического расчета вертикальной однотрубной сис- темы водяного отопления с тупиковым движением воды в магистралях при заданном на- сосном давлении Арн:

а) определяют расчетное циркуляционное давление Арр с включением в него Аре, вы-

численного для среднего стояка при Д1ст Д1С;

б) находят Кср в основном циркуляционном кольце через наиболее удаленный и на-

груженный стояк (тупиковый стояк);

в) рассчитывают расход воды в тупиковом стояке при условии, что Д1СТ > Д1с на 3-5 °С;

г) вычисляют 8уд р для тупикового стояка;

д) выбирают диаметр труб тупикового стояка с1ст при условии 8УДДР > 8у д р

е) определяют 8СТ для тупикового стояка;

ж) находят потери давления Дрст в тупиковом стояке;

з) вычисляют для предпоследнего стояка 8СТ, Ост, Д1ст исходя из Арст;

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

му стояку, выбрав ёмаг при условии 8удлр < 8уд.р;

к) определяют для системы в целом Ос' и Дрс', продолжая расчет по п.п. з) и и) осталь- ных стояков и участков магистралей.

Необходимость дальнейших уточняющих расчетов выявляется при сопоставлении полу- ченных значений Ос! и Дрс? с исходными (заданными) величинами Ос (по формуле (8.3)) и Дрр. 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 Дрс? привести в соответствие с расчетным

циркуляционным давлением Дрр (с запасом 10 %), то в зависимости от их соотношения необходимо будет пересчитать и расход воды в системе. Новый расчетный расход воды Ор

в этом случае определяют по формуле

Этот расчетный расход воды в системе Ор не будет равен исходному расходу Ос, 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

244

Установив действительный расход воды на участках, пересчитывают перепады темпера- туры воды в стояках и переходят к определению площади отопительных приборов.

Б. Если необходимо сохранить исходный расход вода в системе Ос, то расход воды на всех

ее участках следует изменить пропорционально коэффициенту

Тогда действительные потери давления в системе Дрс при расходе воды Сгс составят:

Потери давления в системе Дрс по формуле (8.41) будут отличаться от расчетного цирку-

ляционного давления Дрр. Площадь отопительных приборов и в этом случае вычисляют

после пересчета перепадов температуры воды в стояках и уточнения ее расхода.

Пример 8.13. Определим действительный расход воды, перепад температуры в стояках и

температуру обратной воды в части системы отопления (участки 2-8 на рис. 8.6), приняв

за первоначально заданные расход воды Ос=500 кг/ч и циркуляционное давление Дрр =

6136 - 978 - 176 - 161 = 4821 Па (см. пример 8.3).

В примерах 8.10-12 получены, исходя из выбранных диаметров труб, другие показатели:

Ос-526 кг/ч, Дрс' = 2452 + 1429 = 3881 Па (потери давления меньше заданного циркуля-

ционного давления приблизительно на 20 %).

Проведем пересчет теплогидравлических показателей при выполнении следующих требо- ваний:

вариант 1 - потери давления должны соответствовать (без запаса) заданному циркуляци-

онному давлению (4821 Па). Тогда общий расход вода по формуле (8.38)

Ср = 526 (4821 / 3881)°т = 53$ кг/ч

и коэффициент пересчета расхода по формуле (8.39)

кр = 586 / 526= К114;

вариант 2 - общий расход вода должен соответствовать заданному (500 кг/ч). Тогда ко- эффициент пересчета расхода во формуле (8.40)

ко = 500 / 526 = 0,95

и потери давления по формуле (8.41)

Дрс = 0,95- 3831 = 3503 Па

Результаты пересчета сведем в табл. 8.12.

245

Таблица 8.12. Теплогидравлические показатели части однотрубной системы водяно-

го отопления

Видно, что при увеличении потерь давления (вариант 1) сокращаются перепады темпера- туры воды в стояках, что способствует уменьшению площади приборов, хотя и сопровож-

дается ростом расхода и температуры обратной воды. Обеспечение 0=70 °С (вариант 2)

приводит к значительному увеличению перепада температуры вода в стояке 2.

2. Второй случай: Арн- не задано.

В этом случае давление, создаваемое циркуляционным насосом, устанавливают по фор-

муле (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 акусти-

ческому ограничению (см. § 3.4). Этот случай гидравлического расчета системы отопле-

ния часто называют расчетом по предельно допустимой скорости.

Для проверки скорости движения вода при выборе диаметра труб используют отношение

О / \у (см. табл. 8.9), выражающее расход вода при скорости 1 м/с. Ориентировочную ско-

рость движения вода в трубах \у, м/с, можно вычислить также по формуле

где О - расход воды, кг/ч; Ауч - 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 Бу15 по условиям примера 8.9.

Скорость движения вода при 0=240 кг/ч найдем двумя путями:

1) по табл. 8.9 при Эу15 О / \у=690 и, следовательно, \у = 240 / 690 = 0,35 м/с;

246

2) по формуле (8.42)

^ = 240(10,6- 1 (И)».* / 22 = 0,355 м/с

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

Последовательность гидравлического расчета системы отопления в случае, если Дрн не

задано, остается такой же, как в первом случае за исключением первоначальных действий

по определению удельной характеристики сопротивления 8уд р, необходимой для выбора диаметра труб. Вместо этого диаметр труб, как уже сказано, назначают, используя усло-

вие \\\р < \\'пред т.е. что скорость движения воды в них \Утр не должна превышать предельно допустимой \упред по акустическому ограничению.

Порядок гидравлического расчета вертикальной однотрубной системы водяного отопле-

ния с тупиковым движением вода в магистралях поясним в этом случае на примере.

Пример 8.15. Выполним гидравлический расчет вертикальной однотрубной системы во- дяного 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 11=150 °С, 12=70 °С.

Отопительные приборы - радиаторы МС 140 с тепловой нагрузкой 1275 Вт каждый - уста-

навливаются у стены под окнами и с двух сторон присоединяются к стоякам с кранами КРТ и утками.

Параметры теплоносителя воды в системе отопления принимаем: 1Г=85 °С, 10=65 "С.

Гидравлический расчет системы отопления начинаем с наиболее удаленного от теплового

пункта стояка 5 (см. рис. 8.11).

Расход воду в стояке 5 при его тепловой нагрузке 1275-10 = 12750 Вт найдем по формуле

(7.23), принимая увеличенный на 4 % перепад температуры вода в нем (по сравнению с

перепадом температуры вода в системе в целом)

Сет.5 -12750-3,6 1,04- 1,02 I (4, 187(85 - 65 +4)) = 485 кг/ч.

Характеристику гидравлического сопротивления стояка 5 определим, суммируя характе-

ристики пяти двойных приборных узлов и шести последовательно соединяющих их уча-

стков по формуле (8.19).

Выбираем по табл. 8.9 диаметр труб стояка [)у15, при котором скорость движения воды в

них будет менее предельно допустимой (485 / 690 = 0,7 м/с).

Рассчитаем сначала характеристику сопротивления левой (или правой, что то же) полови-

ны двойного приборного узла по формуле (8.14) при длине труб 2,2 м

247

принимая следующие коэффициенты местного сопротивления (КМС): тройника на расте- кании - 6,3; двух уток - 1,6; крана КРТ на проходе - 3,5; радиатора - 1,3; тройника на про-

ходе - 0,7; тройника на противотоке - 5,0; всего - 18,4.

Рис. 8.11. Схема вертикальной однотрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и тупиковым движением воды в магистралях (к примеру 8.12): КРТ - кран регулирующий трехходовой; ВВП - водоводяной скоростной подогреватель; ЦН - циркуляционный насос типа ЦВЦ; Р и Ц - соответственно расширительная и циркуляци-

онная трубы открытого расширительного бака; Гр - грязевик; РК - распределительный коллектор; СК - сборный коллектор; цифры на схеме - точки подключения стояков к ма-

гистралям, тепловые нагрузки (отопительных приборов, стояков, расчетных участков), Вт,

и длины участков, м

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

5^ = 5, / 4 = 258- Ю-4 / 4 = 64,5- 1<К

Найдем характеристику сопротивления шести последовательно соединенных участков

стояка общей длиной 27,9 м

Х5уч -10,6(2,7 27,9 + 15,9)10-* = 967-10^

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.

248

Отсюда характеристика сопротивления всего стояка 5 по формуле (8.19)

(64,5-5 + 967)1(И = 1289,5 10^ Па/(кг/чу.

Потери давления в стояке 5 по формуле (8.12) составят

Дрст5 = 1289, 5- КН-4852 -30332 Па,

Перейдем к гидравлическому расчету стояка 4 (см. рис. 8.11), где при известном циркуля-

ционном давлении найдем расход воды. Для этого определим характеристику сопротив-

ления стояка, который состоит из таких же пяти двойных приборных узлов и участков

общей длиной 17,9 м.

При том же диаметре труб стояка Пу15 характеристика сопротивления участков стояка 4

составит

13уч = 10,6(2,7' 17,9 + 14,0)1(И -660,7- НИ,

где 14,0 - сумма следующих КМС: тройника на ответвлении при делении потока -1,34; че-

тырех отводов - 3,2; двух пробочных кранов - 7,0; двух тройников на проходе - 1,4; трой-

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

(8.12)

Ост4 - 100(30332 / 983,2)0’5 = 555 кг/ч.

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

(7.23)

М„А = 12750- 3,6- 1 ,04- 1 ,02 / (4, 187* 555) = 21 °С.

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 ра-

вен сумме расходов вода в стояках 4 и 5

Об-7 -Сй -7ь = 555 + 485 -1040 кг/ч.

Принимая диаметр участков ^у25 (при скорости движения воды \у = 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

249

Друч^маГ = 27,2- 1 (И- 10402 = 2942 Па.

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) состав-

ляют 1,2 и 0,9, т.е. меньше по значению, чем для стояка 4.

Характеристика сопротивления участков стояка 3 из труб ^у ^5 при длине 17,9 м и сумме

КМС, равной 13,7:

15^ -10,6(2,717,9 + 13,7)1 СИ = 657,5 1 Об-

общая характеристика сопротивления стояка 3:

$„.3 = (64,5 5 + 657,5)10"1 = 980' НИ Па/(кг/ч)^

Располагаемое циркуляционное давление для стояка 3 составляет

4рст.з = Дрст.5 + ЛР}УЧ.МЗГ = 30332 + 2942 = 33274 Па.

Тогда расход воды в стояке 3

0„.з -100(33274 / 980)05 = 583 кг/ч.

При таком расходе перепад температуры воды в стояке 3

А'ст!= 12750-3.6-1.04 1.02 / (4,187-583) = 19,9 °С

Проделанные и дальнейшие гидравлические расчеты сведем в табл. 8.13. Отметим, что

расчеты проведены без учета различия в значениях естественного циркуляционного дав-

ления в стояках ввиду его незначительности (менее 1 %).

При составлении табл. 8.13 учтены следующие местные сопротивления на участках маги-

стралей (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 суже-

ние потока (12,8);

•2-3 и 2 -3' - пять отводов, две задвижки, два спускных тройника на проходе, вне-

запные 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).

250