4. Определяют расходы воды на участках расчетных циркуляционных колец

Gуч , кг/ч

Gуч = 3,6 Qуч /c (tг – tо), (6.10)

где Qуч – расчетные потоки теплоты на участках, определенные по формуле

(6.1), Вт; c – теплоемкость воды, равная 4,2 кДж/(кг °С).

5. Назначаются предварительные диаметры трубопроводов участков

большого циркуляционного кольца. При этом рекомендуется принимать такие

диаметры, для которых при расчетных расходах Gуч удельные потери

давления на трение R примерно соответствуют среднему значению удельных

потерь давления в расчетном циркуляционном кольце Rср

Rср = 0,65 Δ Pр /Σ l (6.11)

где 0,65 – ориентировочная доля потерь давления по длине от общих потерь;

Δ Pр – расчетное циркуляционное давление для рассчитываемого кольца по

п. 3, Па; Σ l – суммарная длина участков кольца, м.

Расчет ведется с помощью таблиц или номограммы (прил. 10) для

гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления. Отсюда

по определенным значениям Gуч и Rср находят ориентировочные значения

диаметров участков.

Например, расчетный расход Gуч = 1000 кг/ч, Rср = 1,9 Па/м, из номограммы

находят диаметр участка d = 70 мм. По этой же номограмме при расчетном

расходе и выбранном диаметре участка определяются расчетные удельные

потери давления на участке R = 2,1 Па/м и скорость движения воды V = 0,091

м/с.

Аналогичным образом определяют параметры для всех участков кольца.

Задачей расчета является подбор таких диаметров трубопроводов, при

которых суммарные потери давления всех участков в расчетном кольце Σ

(Rl+Z) будут меньше расчетного циркуляционного давления Δ Рр с запасом до

10–15 %, т. е. должно соблюдаться условие

Σ (Rl+Z)< Δ Рр , (6.12)

где l – длина участков, м; Rl – потери давления по длине участка; Z – потери

давления в местных сопротивлениях, Па; Rl+Z – суммарные потери давления

на участке;

Z = Σ ξ ρ V 2/2 , (6.13)

где Σ ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке,

принимаемых по прил. 7, 8; ρ – плотность воды, принимаемая в этом расчете

для всех участков равной 980 кг/м3; V – скорость движения воды на участке,

м/с.

Комплекс ρ V

2/2 = Pv называется динамическим давлением, он определяется

по прил. 10. Формула (6.13) приводится к виду

Z = Σ ξ Pv . (6.14)

Если с первой попытки не удается выполнить требования неравенства (6.12),

следует изменить диаметры трубопроводов на одном или нескольких

участках, что приведет к увеличению или уменьшению Σ (Rl+Z).

6. Для того чтобы общий расход теплоносителя распределялся по всем

стоякам в соответствии с их расчетной нагрузкой, необходимо обеспечить

равенство потерь давления при пропуске расчетных расходов теплоносителя

во всех кольцах. В курсовом проекте такой расчет выполняется для двух

колец.

При сравнении потерь давления общие участки из суммирования исключают

и условие имеет вид

Σ (Rl+Z)необщих участков большого кольца ≈ Σ (Rl+Z)необщих участков малого кольца. (6.15)

Невязка может составлять до 15 %. Потери давления на необщих участках

малого кольца определяются точно так же, как и для участков большого

кольца.

Малое кольцо обычно имеет только один участок, необщий с большим

кольцом, – стояк. Путем подбора диаметра этого стояка или изменения

диаметров необщих участков большого кольца следует добиться выполнения

условия (6.15).

Все расчеты выполняют в табличной форме (см. пример 2).

Пример 2. Конструирование и расчет системы отопления жилого дома.

Исходные данные: характеристика здания приведена в примере 1, планы

верхнего этажа и подвала – в прил. 13, 14. Здание чердачного помещения не

имеет. Теплопотери всех помещений здания ориентировочно назначены по

данным расчетов в примере 1 и приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Теплопотери помещений жилого здания, Вт

Примечание. ЛК – лестничная клетка; в каждой ячейке таблицы в числителе – номера

помещений, курсивом в знаменателе – теплопотери, Вт. Условно теплопотери

лестничных клеток показаны на схеме первого этажа. Суммарные теплопотери здания

Qзд = Σ Qпомещ = 160720 Вт.

В качестве источника теплоснабжения задана ТЭЦ, теплоноситель – вода с

температурами 130–70 °С, давление в подающем трубопроводе – 0,6 МПа, в

обратном – 0,5 МПа.

Решение. В здании принята однотрубная система водяного отопления с

нижней разводкой с параметрами теплоносителя tг =105 °С , tо = 70 °С.

Тепловой узел с гидроэлеватором размещен в подвале здания, подающие и

циркуляционные магистрали проложены в подвале вдоль продольных

наружных стен с уклоном 0,003 в сторону ввода.

Стояки проложены открыто. Нагревательные приборы присоединены к

восходящим и нисходящим ветвям стояков. В узлах присоединения

нагревательных приборов к стоякам предусмотрены смещенные

замыкающие участки и краны двойной регулировки типа КРДШ.

В качестве нагревательных приборов использованы чугунные секционные

радиаторы МС-140-108. На разветвлениях трубопроводов в качестве

запорной арматуры предусмотрены пробковые краны. Для опорожнения

стояков в их нижней части предусмотрены тройники с заглушками, для

удаления воздуха из системы на приборах верхнего этажа установлены

краны Маевского.

Лестничные клетки оборудованы самостоятельными стояками, каждый с

двумя нагревательными приборами, присоединенными по проточной схеме.

На планах здания (прил. 13, 14) показано положение основных элементов

системы отопления, в прил. 15 – ее аксонометрическая схема.

Расчет системы в данном примере проводится для двух циркуляционных

колец. Большое кольцо проходит через стояк 1 (участки 1 – 2 – 3 – 4 – – 5 – 6

– 7 – 8 – 9 – 10 –11– 12 – 13), малое – через стояк 4 (участки 1 – 2 – – 3 – 14 –

11 – 12 –13).

Расчетное циркуляционное давление Δ Pр в кольцах системы определяют по

формуле (6.7). Значением естественного давления от остывания воды в

приборах Δ Pпр в данной системе можно пренебречь по следующим

причинам. В системе есть восходящие ветви стояков, в которых охлаждение

воды в приборах уменьшает Δ Pпр , и нисходящие, в которых происходит

увеличение Δ Pпр . Разница между этими составляющими ничтожна по

сравнению с давлением, создаваемым элеватором. Дополнительное

давление от охлаждения воды в трубах учитывается лишь для систем с

верхней разводкой. Поэтому формула (6.7) в рассматриваемом случае имеет

вид

Δ Рр = Δ Рнас .

Исходные данные для расчета: tг = 105 °С, tо = 70 °С, Т = 130 °С. Перепад

давления в теплосети Δ Рс = 0,6 – 0,5 = 0,1 МПа.

По формуле (6.9): U = (130 – 105)/(105 – 70) = 0,71.

По формуле (6.8) для всех колец рассчитываемой системы

Δ Рр = Δ Рнас =0,1/1,4 (1+0,71)2 = 0,0244 МПа = 24400 Па.

Для всех расчетных участков по формуле (6.1) определены и указаны на

схеме расчетные расходы теплоты. Коэффициенты условий работы приборов

по прил. 6 приняты равными β 1 =1,04, β 2 = 1,02.

Расходы воды определены по формуле (6.10).

Все расчеты сведены в табл. 6.2. Диаметры трубопроводов на участках

назначены такими, при которых удельные потери давления на трение

примерно соответствуют Rср из определения по формуле (6.11) при

суммарной длине участков в кольце Σ l = 81 м:

Rср = 0,65 24400 / 81=195,8 Па/м.

Таблица 6.2

Таблица гидравлического расчета системы отопления

Коэффициенты местных сопротивлений на участках определены по прил. 7 и

8 и описаны в табл. 6.3

Таблица 6.3

Описание местных сопротивлений в системе отопления

Номер

участка

Диаметр

d, мм

Местное

сопротивление

Обозначение

на схеме

Коэффициент

местного

сопротивления

ξ

Σ ξ

Задвижка 0,5

1 и 13 40 2 отвода 90° 0,5х2

Тройник

на ответвлении 1,5

3,0

Вентиль прямоточный 2

2 и 12 32 Отвод 90° 0,5

Тройник

на ответвлении 1,5

4,0

3 и 11 32 Тройник на проходе 1 1

4 и 10 25 Тройник на проходе 1 1

5 и 9 25 Тройник на проходе 1 1

6 и 8 20 Отвод 90° 0,5 0,5

2 проходных крана 2х2

2 тройника на проходе 1

5 радиаторных узлов с

движением воды снизу

вверх, d = 15 – 15 – 15

5,1х 5

5 радиаторных узлов с

движением воды сверху

вниз, d = 15 – 15 – 15

То же 2,8х 5

2 отвода 90° 0,5х2

7 15

2 проходных крана 2х2

45,5

2 тройника на проходе 1х2

5 радиаторных узлов с

движением воды снизу

вверх, d = 20 – 15 – 15

6,1х 5

14 15

5 радиаторных узлов с

движением воды сверху

вниз, d = 15 – 15 – 15

То же 2,8х 5

46,5

Для иллюстрации приводится последовательность расчетов для участка 1:

Qуч = 160720 1,04 1,02 = 170492 Вт,

G = 3,6 170490/4,2 (105 – 70) = 4177 кг/ч.

При принятом диаметре участка 40 мм по прил. 10 определяются R = 270

Па/м; V = 0,9 м/с и Pv = 405 Па.

Потери давления на трение на участке 1

RL = 270 7,0 = 1890 Па.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений из табл. 6.3 Σ ξ = 3. Потери

давления в местных сопротивлениях на участке 1 определены по формуле

(6.14) Z = 3 405 = 1215 Па.

Общие потери давления на участке 1:

R L+Z = 1890 +1215 = 3105 Па.

Аналогично определяют параметры и для остальных участков.

В итоге потери напора в большом кольце составляют 23423 Па, что не

превышает расчетного циркуляционного давления Δ Рр = 24400 Па, запас

давления составляет (24400 – 23423) 100/24400 = 4 %. Таким образом,

работоспособность расчетного кольца системы отопления при назначенных

диаметрах в заданных условиях обеспечена.

В качестве малого кольца рассматривается кольцо, проходящее через стояк

4. Необщие с малым кольцом участки большого кольца – 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.

Необщий с большим кольцом участок малого кольца – 14.

Проверяем условие уравнения (6.15):

Σ (Rl+Z)необщих участков большого кольца =

= 115 + 356 + 359 + 11905 +359 + 356 + 115 = 13565 Па.

Σ (Rl+Z)необщих участков малого кольца = 11746 Па.

Невязка составляет (13565 – 11746) 100/13565 = 13 %, что вполне

допустимо.

Вопросы для самопроверки

1. Найдите циркуляционные кольца в системе, разрабатываемой в проекте. Сколько их?

2. Как находятся расчетные потоки теплоты для участков системы отопления?

3. От чего зависят расчетные циркуляционные давления в системах с естественной и насосной циркуляцией?

4. Назовите особенности определения циркуляционного давления в двух- и однотрубных системах.

5. Назовите цель гидравлического расчета и проверки его правильности.

6. Перечислите местные гидравлические сопротивления в разрабатываемом проекте.

7. Как определяются потери давления в трубопроводах системы?