4. Гидравлический расчет системы отопления

   1. Размещение отопительных приборов, стояков,

магистралей и индивидуального теплового пункта

Схема системы отопления, параметры теплоносителя и тип отопительных приборов указаны в задании к курсовому проекту.

Отопительные приборы необходимо располагать преимущественно под световыми проемами, у наружных стен или вблизи входных дверей. Отопительные приборы в лестничных клетках, сообщающихся с наружным воздухом, следует располагать при входе и присоединять к самостоятельным стоякам по однотрубной проточной схеме. В отсеках тамбуров, имеющих наружные двери, отопительные приборы размещать не следует. Размещение стояков диктуется местоположением отопительных приборов. Во всех случаях желательна прокладка стояков отопления в наружных углах помещения.

Присоединение подводок к отопительному прибору выполняется одно- и двусторонним. В двухтрубных системах отопления с верхней прокладкой подающей магистрали наиболее целесообразно размещать приборы по отношению к стоякам таким образом, чтобы каждый стояк имел двустороннюю нагрузку.

Для регулировки теплоотдачи приборов на подводах устанавливают краны двойной регулировки (кроме приборов лестничных клеток). Для отключения и опорожнения стояков в зданиях высотой более 3-х этажей предусматривают запорную арматуру. При температуре теплоносителя в подающей магистрали до 100 ^оС на стояках в местах их присоединения к магистрали устанавливают проходные краны и тройники с пробками.

Если система отопления с верхней разводкой, то подающая магистраль прокладывается на чердаке здания, а обратная магистраль – в подвале. При нижней разводке подающая и обратная магистрали прокладываются в подвале здания. В этом случае для возможности опорожнения системы и удаления воздуха магистральные трубопроводы прокладывают с уклоном не менее 0,002 в сторону ввода.

Для удаления воздуха из системы отопления при верхней разводке трубопроводов рекомендуется предусматривать проточные воздухосборники, при нижней - краны Маевского на отопительных приборах последних этажей.

Для уменьшения остывания воды в магистралях предусматривают тепловую изоляцию. Обязательно теплоизолируют трубопроводы, проходящие в неотапливаемых помещениях, а также подпольных каналах.

Тепловой ввод располагается обычно в подвале здания, в центре его или рядом с лестничной клеткой.

На рис. 4.1 показано пространственное изображение системы отопления, а на рис. 4.2 – 4.5 представлены планы этажей, подвального и чердачного помещений с изображением элементов системы отопления.

Р ис. 4.1. Пространственное изображение системы отопления

Рис. 4.2. План первого этажа

Р ис. 4.3. План типового этажа

Р ис. 4.4. План подвального помещения

Рис. 4.5. План чердачного помещения

2. Гидравлический расчет системы отопления

Гидравлический расчет трубопроводов при выполнении курсового проекта производится для основного циркуляционного кольца. При этом рекомендуется расчет проводить методом удельных потерь давления. Расход воды в каждом стояке или на участке вычисляют по формуле

, (26)

где Q – тепловая нагрузка стояка или участка, Вт; t_Г, t_О – расчетная температура горячей и обратной воды в системе отопления, ^оС; для двухтрубной системы t_Г=95 ^оС, t_О=70 ^оС; с – удельная массовая теплоемкость воды, с=4,2 кДж/(кг ^оС); β₁ – коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины β₁=1,02, принимается по табл. 8.2 [6]; β₂ – коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных ограждений, принимается по табл. 8.3 [6], для чугунных радиаторов, установленных у наружной стены, в том числе под световым проемом β₂=1,02.

Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления производят в следующей последовательности.

1. После определения тепловой мощности системы отопления, размещения отопительных приборов и теплового пункта вычерчивают схему трубопроводов с изображением всех поворотов, ответвлений, запорно–регулирующей арматуры.

2. На схему наносят тепловые нагрузки всех отопительных приборов (записываются на расчетной схеме системы отопления над прямоугольниками, изображающими отопительные приборы), которые суммируются по стоякам и отдельным кольцам циркуляции.

3. Выбирают основное циркуляционное кольцо, т.е. наиболее протяженное, имеющее наибольшую тепловую нагрузку.

4. Расчетное циркуляционное кольцо разбивают на участки. На каждом участке проставляют тепловую нагрузку (в числителе) и его длину (в знаменателе). На рис. 4.6 представлена расчетная схема двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой магистрали. Расчетное (основное) циркуляционное кольцо, выделенное жирной линией, включает участки 1 – 16. Участком называется трубопровод, на котором расход протекающей воды, температура воды и диаметр трубопровода остаются неизменными. Нумеруют участки, начиная от распределительного коллектора и кончая сборным коллектором. Пример оформления расчетной схемы показан на рис. 4.6.

5. Определяют расчетное давление ΔР_Р, Па, которое складывается из давления, создаваемого элеватором ΔР_Н и естественного циркуляционного давления ΔР_Е за счет остывания воды в отопительных приборах:

. (27)

Величину ΔР_Н определяют по формуле

, (28)

где Р_П – Р_О – разность давления в наружных тепловых сетях, в месте ввода в здание, кПа (см. задание); u – коэффициент смешения, который находят из соотношения

, (29)

где Т_Г – расчетная температура воды в тепловой сети, ^оС; t_Г и t_О – то же, что и в формуле (26).

Величину ΔР_Е определяют по зависимости

, (30)

где h – вертикальное расстояние между серединой отопительного прибора, расположенного на первом этаже, и осью элеватора, м; для основного циркуляционного кольца h можно принимать от 1,5 до 1,7 м; ρ_О и ρ_Г – плотность охлажденной и горячей воды, кг/м³; (ρ_О=977,81 кг/м³; ρ_Г=961,92 кг/м³; g=9,81 м/с²).

6. При выборе диаметра труб исходят из среднего значения удельной линейной потери давления на трение в основном циркуляционном кольце R_СР, Па/м:

, (31)

где ΔР_Р – то же, что и в формуле (27); Σl – сумма длин последовательно соединенных участков расчетного циркуляционного кольца; длина участков определяется с точностью до 0,1 м по схеме системы отопления; 0,65 – доля потерь давления на трение. Гидравлический расчет сводится в табл. 7.

7. Заполняют графы 1, 2 и 4 табл.7, т.е. записывают номера участков, тепловые нагрузки и длины участков.

В графе 3 проставляется расход воды на участке, который определяется по формуле (26).

8. Ориентируясь на значение R_СР по [6, прил.6], определяют диаметры труб участков (графа 5 расчетной табл. 7), действительные удельные потери давления на трение R (графа 7) и скорость движения воды (графа 6). Необходимо следить за тем, чтобы скорость движения воды не превышала предельно допустимых значений [6]. Умножая величину «R» на длину «l», получают значение Rl участка (графа 8).

Потери давления в местных сопротивлениях Z, Па, определяют по формуле

, (32)

где Σζ - сумма коэффициентов местного сопротивления (к.м.с.) на участке, определяемая по [6, прил. 5] в соответствии с данными табл. 8, составленными на основании расчетной схемы системы отопления (рис. 4.6); V – скорость движения воды, м/с; ρ – плотность воды, кг/м³; Р_ДИН – динамическое давление, Па, определяемое по [6, прил.7].

Значение к.м.с. заносят в графу 9 табл. 7, а значения Р_ДИН в графу 10.

Величину потерь давления в местных сопротивлениях Z записывают в графу 11, а в графу 12 – сумму потерь давления Rl+Z.

Общие потери давления в основном циркуляционном кольце Σ(Rl+Z)_ОЦК, полученные путем суммирования потерь давления на трение и в местных сопротивлениях на всех участках основного циркуляционного кольца (графа 12, табл. 7), сопоставляют с расчетным циркуляционным давлением.

Расчет основного циркуляционного кольца считается законченным, если выполняется условие

. (33)

Действительный запас расчетного давления, %, вычисляют по формуле

. (34)

Если запас меньше 5 % или больше 10 %, то изменяют диаметры трубопроводов отдельных участков кольца циркуляции таким образом, чтобы потери давления соответственно увеличились (при уменьшении диаметров труб) или уменьшились (при увеличении диаметров).

Пример 4.1. Выполнить гидравлический расчет двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и тупиковым движением воды (рис. 4.6).

Система отопления присоединена к тепловой сети через элеватор. Располагаемое давление в тепловой сети на вводе в здание Р_П – Р_О=52,5 кПа. Температура воды в подающей магистрали тепловой сети - Т_Г=150 ^оС, в обратной - Т_О=70 ^оС.

Тепловые нагрузки, длина участков и другие расчетные данные показаны на рис. 4.6.

Решение. По формулам (29), (28), (30) определяем следующие параметры:

;

кПа = 6152 Па;

Па.

По формуле (27) находим расчетное располагаемое давление для системы отопления

Р ис. 4.6. Расчетная схема системы отопления

Таблица 7

Гидравлический расчет трубопроводов системы водяного отопления

Номер участка	Тепловая нагрузка, Q, Вт	Расход теплоносителя, G, кг/ч	Длина участка, l, м	Диаметр, d, мм	Скорость воды, V, м/с	Удельные потери на трение, R, Па/м	Потери давления на трение, Rl, Па	Сумма коэф. местных сопротивлений, Σζ	Динамическое давление, РДИН, Па	Потери давление в местных сопротивлениях, Z, Па	Суммарные потери, Rl+Z, Па
1	43158	1540	12,8	32	0,41	75	960	4,5	82,37	371	1331
2	22158	790	4,3	25	0,37	387	90	1,5	67,67	101	488
3	11158	398	1,5	20	0,30	85	127	1,5	44,13	66	193
4	8158	291	5,8	20	0,23	50	290	1,0	26,48	26	316
5	6278	224	4,5	15	0,31	130	585	2,5	47,08	118	703
6	3178	113	10,3	15	0,15	34	350	8,0	11,08	89	439
7	2077	75	3,0	15	0,10	16	48	2,0	4,9	10	58
8	1067	38	3,0	15	0,05	3,2	10	2,0	1,23	2,0	12
9	534	19	0,8	15	0,03	1,7	1,0	6,5	0,45	3,0	4
10	543	19	0,9	15	0,03	1,7	1,0	4,0	0,45	2,0	3
11	3178	113	8,5	15	0,15	34	289	6,5	11,08	72	361
12	6278	224	4,5	15	0,31	130	585	1,0	47,08	47	632
13	8158	291	5,8	20	0,23	50	290	1,0	26,48	26	316
14	11158	398	1,5	20	0,30	85	127	3,0	44,13	132	259
15	22158	790	5,4	25	0,37	90	486	3,0	67,67	203	689
16	43158	1540	1,8	32	0,41	75	135	1,5	82,37	124	259
Итого Σ l=74,3 Σ(Rl+Z)ОЦК =6063

Таблица 8

Местные сопротивления и их коэффициенты на участках

основного циркуляционного кольца

Но- мер участка	Диаметр d, мм	Наименование местных сопротивлений	Коэффициенты местных сопротивлений	Сумма коэффициентов местных сопротивлений
1	32	Задвижка, четыре отвода	0,5 1·4=4	0,5+4=4,5
2	25	Тройник на ответвлении	1,5	1,5
3	20	Тройник на ответвлении	1,5	1,5
4	20	Тройник на проходе	1	1
5	15	Тройник на проходе, внезапное расширение, внезапное сужение	1 1 0,5	1+1+0,5=2,5
6	15	Тройник на проходе, кран проходной, два отвода	1 4 2·1,5=3	1+4+3=8
7	15	Крестовина на проходе	2	2
8	15	Крестовина на проходе	2	2
9	15	Тройник на ответвление, кран двойной регулировки, ½ радиатора	1,5 4 1	1,5+4+1=6,5
10	15	½ радиатора, крестовина на ответвлении	1 3	1+3=4
11	15	Кран проходной, отвод, тройник на проходе	4 1,5 1	4+1,5+1=6,5
12	15	Тройник на проходе	1	1
13	20	Тройник на проходе	1	1
14	20	Тройник на противотоке	3	3
15	25	Тройник на противотоке	3	3
16	32	Отвод, задвижка	1 0,5	1+0,5=1,5

Па.

Определяем среднее значение удельной линейной потери давления на трение в основном циркуляционном кольце по формуле (30)

Па/м.

Дальнейший расчет сводится в табл. 7. Приведенные в табл. 7 данные получены по [9, прил. II].

Коэффициенты местных сопротивлений (графа 9, табл. 7), принятые по [6, прил. 5], приведены в табл. 8.

В графу 10 табл.7 заносим значение Р_ДИН, принимаемое по [6, прил.7] при соответствующей скорости движения теплоносителя на каждом участке.

По формуле (34) определяем запас расчетного давления:

%, что допустимо.