4. Гидравлический расчет трубопроводов системы

ОТОПЛЕНИЯ ПО УДЕЛЬНЫМ ЛИНЕЙНЫМ ПОТЕРЯМ ДАВЛЕНИЯ

Целью гидравлического расчета является определение диаметров труб на всех участках, обеспечивающих поступление теплоносителя к каждому отопительному прибору в количестве, соответствующем требуемому расходу теплоты.

Расчет начинают с основного циркуляционного кольца системы. В насосной вертикальной однотрубной системе - это кольцо через наиболее нагруженный стояк из удаленных от теплового пункта при тупиковом движении теплоносителя или через наиболее нагруженный из средних при попутном движении воды в магистралях. В насосной двухтрубной системе - это кольцо через нижний отопительный прибор аналогично выбранных стояков.

В горизонтальной однотрубной системе многоэтажного здания основное циркуляционное кольцо выбирают по меньшему значению р₁ (см. формулу (10)) в двух кольцах через ветви на верхнем и нижнем этажах. Так же поступают при расчете гравитационной системы, сравнивая значения р₁ в циркуляционных кольцах через отопительные приборы, находящиеся на различных расстояниях от теплового пункта.

р₁ = р_р/l, (10)

где р_р - расчетное циркуляционное давление, Па; l - длина кольца, м.

При подборе диаметра труб в циркуляционном кольце исходят из расчетного расхода воды на i - ом участке G_wi, кг/ч, и среднего ориентировочного значения удельной линейной потери давления R_ср, определяемого по формуле

R_ср = (1 - k) р_p/l, (11)

где k = 0.35 для насосных систем водяного отопления; l - общая длина последовательных участков, составляющих расчетное циркуляционное кольцо, м.

Расход теплоносителя на i - том участке или стояке определяют по формуле

G_wi = 3.6Q_уч.i₁₂ /[(c_pw(t_г - t_o)], (12)

где Q_уч.i - тепловая нагрузка участка составляется из тепловых нагрузок приборов, обслуживаемых этим участком, Вт; c_pw = 4.19 кДж/(кгК) - удельная теплоемкость воды.

Для систем с постоянно действующими замыкающими участками расход воды в замыкающих участках определяют по формуле

G_з.у = G_ст - G_пр = G_ст - G_ст, (13)

где G_пр - расход воды в нагревательном приборе, кг/ч;  - коэффициент затекания воды в прибор, определяемый по данным табл. 5, в зависимости от конструкции узла прибора

Таблица 5. Значения коэффициента затекания воды  в приборных узлах с радиаторами секционными и панельными типа РСВ1

Приборный узел	Присоединение приборов к стояку	Подводка с замыкающим участком	
С трехходовым краном КРТ	Одностороннее Двустороннее	- -	1.0 0.5
С проходным краном КРП	Одностороннее	Смещенным* Осевым	0.5 0.33
То же	Двустороннее	Смещенным Осевым	0.20 0.17

Примечание. *) при подводках с утками для этого узла  = 0.33, для остальных узлов  не изменяется.

По величине расхода теплоносителя на участке G_wi и средней удельной потере давления R_cp, используя таблицы гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления II.1, II.2 [3] либо используя номограмму рис.2, определяют диаметр участка теплопровода. При этом для стояков принимают ближайший меньший диаметр (но не менее d_у = 15 мм), а для магистральных теплопроводов - ближайший больший.

Результаты гидравлического расчета вносят в бланк табл. форма 1. Для принятых значений диаметров теплопроводов по таблицам II.1, II.2 [3] или номограмме рис.2 определяют фактическое значение удельных потерь на трение на расчетном участке R_i, Па/м, скорость движения теплоносителя w_i, м/с, и динамическое давление р_дi = _ww²_i/2, Па. Все величины заносят в бланк формы 1.

Форма 1. Гидравлический расчет системы водяного отопления

Данные по схеме				Принято
учас- ток	Q, Вт	G, кг/ч	l, м	dy, мм	w, м/с	R, Па/м	Rl, Па	pд, Па		, Па	Rl+, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

При выборе диаметра однотрубных стояков с движением воды снизу - вверх в замыкающих участках принимают во внимание не только допустимый расход воды по скорости ( см. табл. 1), но и минимальный расход (для обеспечения затекания воды в приборы). В табл. 6 для ориентировки указан минимально допустимый расход воды в таких стояках с радиаторными узлами. Для стояков с приборными узлами иного вида, особенно при высоких приборах, минимальный расход воды определяют расчетом.

Расход воды, кг/ч

Рис. 2. Номограмма для гидравлического расчета стальных труб

Таблица 6. Минимальный расход воды при движении ее снизу - вверх в однотрубных стояках с радиаторными узлами, имеющими смещенные замыкающие участки (высотой 0.5 м и краны КРП)

tг - tо, оС	Диаметр условного прохода труб, мм			Минимальный расход
	стояка	замык. уч-ка	подводок	воды, Gст, кг/ч
95 - 70 105 - 70	15	15	15	200 220
95 - 70 105 - 70	20	15	20	150 170
95 - 70 105 - 70	25	20	25	330 360

При выборе диаметра труб в системах с нижним расположением обеих магистралей учитывают, что минимальный расход воды в верхей части П-образных однотрубных стояков, при котором обеспечивается унос воздуха из труб, составляет: при D_y 15 мм G_ст = 140, при D_y 20 мм G_ст = 250, при D_y 25 мм G_ст = 400 кг/ч.

После определения диаметра труб и расчета потерь давления на трение приступают к расчету потерь давления на местных сопротивлениях. На каждом расчетном участке устанавливают виды местных сопротивлений и по справочным данным [3, прил. II] определяют коэффициенты местных сопротивлений (КМС) с учетом диаметра трубопроводов (см. также табл. П.3 -П.10). Для этого после таблицы формы 1 в специальной ведомости выписываются значения КМС на каждом участке. После указания номера участка дается перечень местных сопротивлений с полной их характеристикой. Так, для поворотного тройника должны указываться соотношения расходов и диаметров в ответвлении и стволе, схема движения воды в тройнике; для отводов - соотношение между диаметром и радиусом закругления и т.д.

Сумму коэффициентов местных сопротивлений заносят в графу 10 формы 1. Определяют потери давления на местных сопротивлениях Z, Па, и заносят их в графу 11 формы 1.

Z = p_д. (14)

Суммируя потери давления на трение Rl и на местных сопротивлениях Z, определяют потери давления на расчетном участке, которые заносят в графу 12 формы 1. Суммируя потери давления на участках основного циркуляционного кольца, состоящего из N последовательных участков, определяют суммарные потери в кольце, которые должны составлять



(Rl + Z) = (0.9 - 0.95)p_p. (15)

1

Если условие (13) не выполняется, необходимо изменить диаметры одного-двух участков циркуляционного кольца на один калибр и вновь вычислить невязку давлений.

Расчет второстепенных циркуляционных колец системы проводят исходя из расчета основного кольца. В качестве второстепенного кольца в однотрубной системе с тупиковым движением теплоносителя принимают кольцо через ближайший к тепловому пункту стояк, входящий в основное циркуляционное кольцо. В системах с попутным движением теплоносителя помимо основного циркуляционного кольца необходимо произвести расчет двух второстепенных - через ближний и дальний стояки (через приборы первого этажа этих стояков в двухтрубных системах).

Располагаемый перепад давлений для второстепенных колец р_р.вт., Па, определяют по сумме потерь давления на необщих участках основного кольца, вычитая естественное циркуляционное давление стояка основного кольца р_е.ст.ос и прибавляя естественное циркуляционное давление стояка, входящего во второстепенное кольцо р_е.ст.вт

р_р.вт = (Rl + Z)_необщ. + (р_е.ст.вт - р_е.ст.ос). (16)

Далее по формуле (11) вычисляют средние удельные потери на трение R_ср.вт и производят гидравлический расчет второстепенного кольца. Допустимая величина невязки составляет 15% для систем с тупиковым движением теплоносителя и 5% для систем с попутным движением теплоносителя. Для увязки потерь давления могут применяться составные стояки из труб различного диаметра. В первую очередь изменяют диаметр труб, соединяющих стояки с магистралями.

При невозможности увязки потерь давления путем изменения диаметра труб гидравлический расчет выполняют способом характеристик гидравлического сопротивления (см. п. 5). В исключительных случаях устанавливают диафрагмы на стояках. Диаметр отверстия диафрагмы d_д, мм, определяют (принимая его не менее 5 мм) исходя из расхода воды в стояке, G_ст, кг/ч, по формуле

d_д = 3.54(G²_ст/р_д)^0.25, (17)

где р_д - необходимые для увязки потери давления в диафрагме, Па.

Более эффективным в настоящее время следует считать установку балансировочных клапанов на стояках системы отопления.

Гидравлический расчет малых циркуляционных колец выполняют для стояков с замыкающими участками с целью определения действительного значения коэффициента затекания воды в прибор . Расчетным является равенство

(Rl + Z)_{подв.пр.} = (Rl + Z)_з.у  0.5gh_пр(t_вх - t_вых), (18)

где левая часть - суммарные потери давления в подводках и нагревательном приборе; первое слагаемое правой части - потери давления в замыкающем участке; второе слагаемое правой части - естественное циркуляционное давление в малом циркуляционном кольце; знак “+” принимают при движении теплоносителя по схеме “сверху - вниз”, знак “-“ - при движении по схеме “снизу - вверх”; t_вх, t_вых - соответственно температура воды на входе и выходе из нагревательного прибора, ^оС.

Расчет выполняют методом последовательных приближений, задаваясь различными значениями коэффициента затекания воды в прибор  и определяя разность температур (t_вх - t_вых) по формуле

(t_вх - t_вых) = Q_п₁₂/(c_pwG_ст). (19)

Расчет может считаться законченным, если расхождение между значением левой и правой частью равенства (16) не превышает 15%.