2. Системы с искусственной циркуляцией воды.

Расчетное циркуляционное давление Δр_р в системах с искусственной циркуляцией

Δр_р = Δр_нас + Δр_е = Δр_нас + Е( Δр_е.пр + Δр_е.тр), (5.18)

где Δр_нас —давление, создаваемое насосом, Па; Δр_е — естественное давление, Па; Е — коэффициент, определяющий долю максимального естественного давления, учитываемую в расчетах; Δр_е.пр и Δр_е.тр — см. (5.5).

При типовом проектировании Δр_нас = 10 ... 12 кПа. При наличии насосов Δр_нас принимают по их характеристикам, а диаметры теплопроводов — по допустимым скоростям движения воды.

Для двухтрубных систем Е = 0,4...0,5, для однотрубных систем Е = 1. Δр_е.пр и Δр_е.тр учитывают, если оно более 10 % давления от насоса.

3. Подбор и установка циркуляционных насосов. Насос воду не поднимает, а только перемещает, поэтому давление, от насоса невелико.

Применяют центробежные насосы типа К, КМ, ЦНШ (рис. 7.17) и малошумные насосы типа ЦВЦ. Для создания циркуляции в замкнутом контуре местоположение насоса безразлично. Однако насос включают общую обратную магистраль, что увеличивает срок его службы. Устанавливают два насоса, один резервный. Насосы снабжают обводной линией с задвижкой, при выключения электроэнергии — для поддержания естественной циркуляции (рис. 5.18).

Рис. 5.17. Центробежный насос ЦНШ.

Рис. 5.18. Схема установки циркуляционных насосов.

1 — обводная линия; 2 — насосы.

Для подбора насоса необходимо знать требуемую его подачу V_нас, м³/ч и расчетное давление. V_нас определяется тепловой нагрузкой системы ∑Q, Вт, и перепадом температуры воды:

V_нас = 3,6 ∑Q/(c(t_г – t_о)ρ, (5.19)

где с = 4,19 — удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·К); ρ — плотность воды, кг/м³; 3,6 — коэффициент перевода Вт в кДж/ч.

Давление от насоса определяется по потерям давления в самом невыгодном циркуляционном кольце за вычетом минимального естественного давления:

Δр_нас =∑(Rl – Z) – Δр_{е. min}. (5.20)

Требуемое давление для отопления отдельных зданий не более 12 кПа.

Насосы подбирают по рабочим характеристикам. При несовпадении подачи, давления и мощности с данными завода их пересчитывают:

V₁ = V₂ (n₁ – n₂); р₁ = р₂ (n₁ – n₂)²; N₁ = N₂ (n₁ – n₂)³; (5.21)-(5.23)

где V₂, р₂ и N₂ — подача, давление и мощность насоса при частоте вращения вала n₂; V₁, р₁ и N₁ — действительные подача, давление и мощность насоса при частоте вращения вала n₁; (V, м³/ч, р, Па, N, кВт).

Потребная мощность электродвигателя N, кВт

N = V_нас· Δр_нас / 3600 η_нас (5.24)

где V_нас, Δр_нас, η_нас — подача, давление, к.п.д. насоса м³/ч, кПа.

Установочная мощность электродвигателя насоса

N_уст = α N, (5.25)

где α — коэффициент запаса, зависит от мощности электродвигателя:

N, кВт	До 0,5	0,5 — 1	1 — 2	2 — 5	От 5 и выше
α	1,5	1,5	1,3	1,15	1,1

§ 5.5. Основные принципы гидравлического расчета теплопроводов систем водяного отопления

Цель гидравлического расчета — определение диаметров теплопроводов при заданной тепловой нагрузке и расчетном циркуляционном давлении, установленном для данной системы.

При движении жидкости по трубам давление теряется на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений (тройники, крестовины, отводы, вентили, краны, отопительные приборы, котлы, теплообменники и т.д).

Потери давления R_т, Па, на преодоление трения на участке теплопровода с постоянным расходом воды (пара)

R_т = λ/d · w²/2 · ρl = Rl (5.26)

где d — диаметр теплопровода, м; λ — коэффициент гидравлического трения (безразмерный); w — скорость движения воды, м/с; ρ — плотность воды, кг/м³; R — удельные потери давления; Па/м; l — длина участка теплопровода, м.

Потери давления на преодоление местных сопротивлений, Па

Z = ∑ζ ρ w²/2 (5.27)

где ∑ζ, ρw²/2 — сумма коэффициентов местных сопротивлений (прил. 5), (безразмерная) и динамическое давление воды на участке теплопровода, Па.

Суммарные потери давления должны быть меньше расчетно-циркуляционного давления, устанавливаемого для данной системы.

Рассмотрим два метода расчета теплопроводов:

1. По удельным потерям — раздельное определение потерь давления на трение и местное сопротивление. Диаметры теплопроводов определяют при постоянных перепадах температуры воды во всех стояках и ветвях Δt_ст, равных расчетному перепаду температуры воды во всей системе Δt_сист.

2. По характеристикам сопротивления — устанавливают распределение потоков воды в циркуляционных кольцах системы и получают переменные (неравные) перепады температуры воды в стояках и ветвях. Δt_ст <> Δt_сист. Предварительно выбирают диаметр теплопровода на каждом расчетном участке с учетом допустимых скоростей движения воды. Расчетным участком называют участок теплопровода с неизменным расходом теплоносителя.

При расчете главного циркуляционного кольца (наиболее неблагоприятного в гидравлическом отношении) предусматривают запас давления на неучтенные сопротивления (не более 10 %):

∑(Rl + Z)_г.ц.к. = 0,9Δp_р. (7.28)

Методика гидравлического расчета теплопровода систем водяного отопления.

1. До гидравлического расчета выполняют аксонометрическую схему системы со всей запорно-регулирующей арматурой.

Схему составляют после:

- подсчета тепловой мощности системы отопления здания;

- выбора типа отопительных приборов;

- определения их число для каждого помещения;

- размещения на поэтажных планах здания отопительных приборов, горячих и обратных стояков, а на планах чердака и подвала — подающих и обратных магистралей;

- выбора места для теплового пункта или котельной;

- размещения на плане чердака или верхнего этажа расширительного бака и приборов воздухоудаления.

На планах этажей, чердака и подвала горячие и обратные стояки пронумеровывают, на аксонометрической схеме так же нумеруют все расчетные участки труб, а также указывают тепловую нагрузку и длину каждого участка. Сумма длин всех расчетных участков составляет длину расчетного циркуляционного кольца.

2. Выбирают главное циркуляционное кольцо. В тупиковых схемах однотрубных систем это кольцо, проходящее через дальний стояк, а в двухтрубных системах — кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка. Для последнего: ∑l — наибольшая, а Δр_р — наименьшая, тогда Δр_р /∑l, определяющее давление на 1 м длины, будет наименьшим. При попутном движении воды наиболее неблагоприятное — кольцо, проходящее через один из средних наиболее нагруженных стояков.

3. Определяют расчетное циркуляционное давление Δр_р (5.18).

4. Для предварительного выбора диаметров теплопроводов определяют среднее удельное падение давления по главному циркуляционному кольцу:

R_ст = ((1- k) Δр_р)/ ∑l, (5.29)

где k — коэффициент доли потери давления на местные сопротивления от общего расчетного циркуляционного давления (k = 0,35 — искусственная циркуляция, k = 0,5 —естественная циркуляция); ∑l —длина расчетного циркуляционного кольца, м; Δр_р — расчетное циркуляционное давление. Па.

5. Определяют расходы воды на расчетных участках G_уч, кг/ч:

G_уч = 3,6 Q_yч/( с(t_г—t_o)) · β₁ β₂ (5.30)

где Q_yч — тепловая нагрузка участка (тепловая нагрузка приборов, обслуживаемых протекающей по участку водой), Вт; с — теплоемкость воды, кДж/(кг·К); t_г—t_o — перепад температур воды в системе, ^оС; β₁ и β₂ — то же, что (8.8); 3,6 — коэффициент перевода Вт в кДж/ч.

Ориентируясь на полученное R_сp и определив количество воды G_уч, кг/ч, можно подобрать (прил. 6) оптимальные диаметры труб кольца. Результаты расчета заносят в таблицу (табл. 5.2).

При расчете участков теплопровода необходимо иметь в виду:

- местное сопротивление тройников и крестовин относят лишь к расчетным участкам с наименьшим расходом воды;

- местные сопротивления отопительных приборов, котлов и подогревателей учитывают поровну в каждом примыкающем к ним теплопроводе.

Если по расчету с учетом 10% запаса расходуемое давление будет больше или меньше расчетного давления Δр_р, то изменяют диаметры труб.

После расчета главного циркуляционного кольца рассчитывают параллельные циркуляционные кольца, (состоящие из участков главного кольца (рассчитанных) и еще не рассчитанных участков). Проводится «увязка» потерь давления, т.е. получение равенства потерь давления на параллельно соединенных дополнительных участках других колец и не общих участках главного циркуляционного кольца.

Таблица 5.2. Результаты гидравлического расчета.

По схеме трубопроводов			По предварительному расчету
№ участка	Тепловая нагрузка Q, Вт	Длина участка l, м	Расход теплоносителя Gуч, кг/ч	Диаметр d, мм	Скорость движения теплоносителя w, м/с	Удельная потеря давления R, Па	Потери давления на трение Rl, Па	Сумма коэффициентов местных сопротивлений ∑ζ
1	2	3	4	5	6	7	8	9

По предварительному расчету		По окончательному расчету
Потеря давления в местных сопротивлениях Z	Суммарная потеря давления на участке Rl+Z	d	w	R	Rl,	∑ζ	Z	Rl+Z
10	11	12	13	14	15	16	17	18

Неувязка потерь давления в циркуляционных кольцах (без учета потерь давления в общих участках) не должна превышать 5 % при попутной и 15% при тупиковой разводке теплопроводов с постоянными разностями температур в подающей и обратной магистралях.

По (5.30) определяют расход воды на расчетном участке в однотрубных проточных и двухтрубных системах отопления.

Для однотрубной системы с замыкающими участками расход воды в приборах определяется с учетом коэффициента затекания воды в приборы:

α = G_пр /G_ст, (5.31)

где G_пp — масса воды, поступающей в прибор, кг/ч; G_ст — масса воды, проходящей по стояку, кг/ч.

Для однотрубной системы потеря давления в межрадиаторных узлах равна произведению суммарного коэффициента местного сопротивления узла на динамическое давление стояка. Данные о коэффициентах затекания и суммарных коэффициентах местного сопротивления узлов приведены в литературе.