6.5. Гидравлический и тепловой расчет сети

при проектировании тепловых сетей решаются следующие вопросы:

• рациональной трассировки с учетом размещения источников и потребителей теплоты;

• гидравлического и теплового расчета с учетом расчетных тепловых нагрузок и расходов воды в тепловой сети;

• выбора метода и типа прокладки тепловых сетей.

Для разработки схемы теплоснабжения необходимо подготовить план города с указанием источников теплоты, нумерацией кварталов и условным обозначением перспективных максимально-часовых расходов теплоты потребителями района. источник тепла должен размещаться по возможности в промышленной зоне или за городской чертой с учетом господствующих ветров. Вместе с тем, источник тепла должен быть расположен как можно ближе к центру тепловых нагрузок. В этом случае радиус действия тепловых сетей будет кратчайшим, а расходы на транспортировку будут минимальными.

Тепловые сети, соединяющие источник теплоты с потребителями, подразделяются следующим образом:

• магистральные - главные теплопроводы от источника теплоты до каждого микрорайона или крупного потребителя;

• распределительные - межквартальные, ответвляющиеся от магистральных тепловых сетей и обеспечивающих теплотой отдельные кварталы города, ЦТП и предприятия средней величины;

• внутриквартальные - тепловые сети, отходящие от распределительных или магистральных сетей, ЦТП и заканчивающихся в ИТП потребителей.

При выборе трассы тепловых сетей следует учитывать ряд технико-экономических рекомендаций:

• прокладка тепловых сетей должна совмещаться с другими инженерными сетями города;

• трассы магистральных сетей должны быть максимально короткими и проходить вблизи центров тепловых нагрузок;

• тепловые сети должны быть дешевыми в сооружении и надежными в эксплуатации, а их прокладка и архитектурное оформление должно отвечать требованиям ремонтопригодности, безопасности движения и эстетического восприятия.

После разработки тепловой карты города составляется схема гидравлического расчета тепловой сети (рис. 6.3), на которой в произвольном масштабе изображаются источник теплоты, трассы магистральных, распределительных и внутриквартальных сетей. Все расчетные участки тепловой сети нумеруют в направлении от источника к потребителям. Расчетным считается участок трубопровода между двумя смежными ответвлениями. Далее на схему наносят в виде флажков значения тепловых нагрузок (Q, Гкал/час), расхода (G, т/час) и скорости (V, м/с) теплоносителя, а также длина расчетного участка (l, м) и удельные потери давления в трубопроводе (Н, Па/м).

Количество циркулирующего теплоносителя определяется по формуле:

G = Q/t, (6.16)

где t - расчетная разность температур, которая принимается в зависимости от принятого температурного графика отпуска теплоты и вида подключенной нагрузки. Так, например, при графике 150/70С расчетная разность температур для отопительной нагрузки t₀=150--70=80С, вентиляции t_в=80С, горячего водоснабжения при закрытой независимой схеме t_гв=65-25=40С.

В задачу гидравлического расчета тепловых сетей входит:

• определение диаметров трубопроводов, потерь давления и конечных параметров теплоносителя в различных точках сети при заданных расходах и начальных параметрах теплоносителя;

• определение пропускной способности трубопроводов, падения давления в сети при известном диаметре трубопроводов и заданной потере давления.

Рис. 6.3. Расчетная схема тепловой сети:

А, В, С - микрорайоны города; 1 и 2 - узлы теплосети

Гидравлический расчет радиальных тупиковых сетей выполняется при помощи номограмм и таблиц, а сложных и кольцевых - на ЭВМ по специальным программам. Критерием для определения оптимального диаметра тепловых сетей являются удельные потери давления и скорость движения воды в трубопроводах.

Полное гидравлическое сопротивление тепловых сетей состоит из суммы линейных и местных потерь давления:

Н = Н_тр + Н_м = h l _пр, (6.17)

где Н_тр, Н_м - потери давления на трение и в местных сопротивлениях.

Н_тр = h l, (6.18)

Н_м = h l_э. (6.19)

Удельные потери давления (h) определяют по формуле

h =  V²/2g D (6.20)

или h = 0,00638  G²/D⁵ , (6.21)

где  - коэффициент сопротивления трения;

V - скорость теплоносителя, м/с;

g = 9,8 м/с²;

D - внутренний диаметр трубы, м;

G - суммарный расход теплоносителя на расчетном участке;

- удельная плотность теплоносителя кг/м³.

Приведенная длина трубопровода

l_пр = l + l_э, (6.22)

где l_э - эквивалентная длина местных сопротивлений

l_э =  D/ (6.23)

или l_э =  l, (6.24)

где  - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

 - поправочный коэффициент на длину трубопровода для учета местных сопротивлений.

Скорость движения теплоносителя определяется по формуле

V = 0,354 G / D⁵ . (6.25)

Гидравлический расчет выполняется в следующей последовательности:

• выбирается основная расчетная магистраль до наиболее удаленного потребителя;

• принимаются удельные потери давления на трение для магистральных сетей h  8 кг/м²м;

• по таблицам (номограммам) для гидравлического расчета определяются диаметры трубопроводов и уточняются действительные удельные потери давления на трение и скорость по участкам основной расчетной магистрали, которая не должна превышать V = 2,5-3 м/с.

Результаты гидравлического расчета представляются в табличной форме, на расчетной схеме и в виде пьезометрического графика (рис. 6.4). Они являются исходной базой для:

• определения объема работ и капитальных вложений в тепловые сети;

• выяснения условий и режимов эксплуатации тепловых сетей;

• установления характеристик и выбора сетевых и подпиточных насосов;

• определения схем подключения индивидуальных тепловых пунктов потребителей.

Тепловой расчет выполняется с целью определения тепловых потерь, падения температуры теплоносителя и выбора конструкции тепловой изоляции теплопровода. При расчете потерь теплоты необходимо учитывать: способ прокладки, глубину заложения, температуру и свойства грунта, расстояние между трубопроводами, температуру теплоносителя. Удельные потери теплоты можно определить по формуле:

q = k (t₁ + t₂) - 2t_тр, (6.26)

где k - коэффициент теплопередачи определяется по выражению:

k = 1/(R_из + R_тр + R_об + R_мт), (6.27)

где R_из, R_тр, R_об, R_гр, R_мт - термическое сопротивление соответственно изоляции, трубы, оболочки, грунта и взаимного теплообмена.

термическое сопротивление отдельных элементов тепловой сети определяются следующим образом:

• изоляции

R_из = ln ( ), (6.28)

• трубы

R_тр = ln ( ), (6.29)

• оболочки

R_об = ln ( ), (6.30)

Рис. 6.4. Пьезометрический график двухтрубной тепловой сети:

А - полный напор в подающей магистрали; Б - полный напор

в обратной магистрали; В - полный статический напор; Н_с - напор,

создаваемый насосной станцией; Н - дросселируемый напор;

Н_н - напор насосов у абонентов; Z - отметка местности;

и рекомендуемые схемы присоединения систем отопления зданий:

зависимые I - с элеватором; II - с элеватором и клапаном

подпора; III - с элеватором и насосом на обратной линии;

IV - со смесительным насосом; независимые V - без и VI - с насосом;

1 – элеватор; 2 – задвижка; 3 - клапан подпора; 4 – насос;

5 - подогреватель

• грунта

R_гр = ln ( ), (6.31)

• взаимного теплообмена труб

R_мт = ln (1 + ), (6.32)

где D₁ и D - внутренний и внешний диаметры оболочки, м;

d₁ и d - внутренний и внешний диаметры трубы, м;

_из, _тр, _об, _гр - теплопроводность материалов изоляции, труб, оболочки и грунта, Вт/мС;

z - глубина укладки труб по осевой линии, м;

с - расстояние между осевыми линиями 2-х смежных труб, м.

Для ускорения расчетов в специально разработанных справочных таблицах приводятся значения коэффициента теплопередачи или удельных тепловых потерь. Тогда суммарные потери теплоты определяются следующим образом:

Q_тп = k_мп , (6.33)

где k_мп - коэффициент учитывающий местные теплопотери;

l_i - длина i-го участка тепловой сети, м;

q_i - удельные тепловые потери на i-м участке теплопровода, Вт/м.