7. Гидравлический расчет системы отопления

Цель гидравлического расчета заключается в определении диаметров труб для пропуска расчетных расходов теплоносителя, при этом определяются потери давления на всех участках системы отопления.

Гидравлический расчет выполняется по законам гидравлики и основан на принципе: расчетное циркуляционное давление (РЦД), действующее в системе полностью тратится на преодоление сопротивлений в данной системе. Задача гидравлического расчета сводится к распределению расходов по всем элементам системы отопления.

Гидравлический расчет выполняем способом удельных линейных потерь давления на трение. Гидравлический расчет системы отопления способом удельных линейных потерь давления на трение.

Гидравлический расчет трубопроводов при выполнении курсового про­екта производится для основного циркуляционного кольца. Расход во­ды в каждом стояке или на участке вычисляют по формуле:

₍₂₇₎

Где: Q - тепловая нагрузка стояка или участка, Вт; t_Г, t_О - расчетная тем­пература горячей и обратной воды в системе отопления, °С; с - удельная массовая теплоемкость воды, с = 4,2 кДж/(кг·°С); β₁ -коэффициент учета дополнительного теплового потока ус­танавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины β₁ = 1,02; β₂ - коэффициент учета до­полнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных огра­ждений, 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. После определения тепловой мощности системы отопления, размещения отопительных приборов и теплового пункта вычерчивают схему трубо­проводов с изображением всех поворотов, ответвлений, запорно-регулирующей арматуры. 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.

Выбирают основное циркуляционное кольцо, т.е. наиболее протяженное, имеющее наибольшую тепловую нагрузку. Расчетное циркуляционное кольцо разбивают на участки. На каждом уча­стке проставляют тепловую нагрузку (в числителе) и его длину (в знаме­нателе). Расчетное (основ­ное) циркуляционное кольцо, выделенное жирной линией, и включает уча­стки 1..n. 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.

Определяют расчетное давление ΔP_P, Па, которое складывается из давле­ния, создаваемого элеватором ΔP_Н и естественного циркуляционного дав­ления ΔP_E за счет остывания воды в отопительных приборах

(28)

Величину ΔP_Н определяют по формуле:

(29)

где: - разность давления в наружных тепловых сетях, в месте ввода в здание, кПа ( кПа.) Разность давлений в системе отопления в 4-10 раз меньше разности давле­ний в месте присоединения системы отопления. Обычно принимают разность давлений в системе отопления 10 -15 кПа, тогда принимаем ( = от 40…150 кПа.). Располагаемое давление в тепловой сети на вводе в здание принимаем = 90 кПа.; u - коэффициент смешения, который находят из соотношения:

(30)

где: - расчетная температура воды в тепловой сети. °С;

u= 150-85/85-65=3,25

ΔP_Н = 0,75 ∙ 90/1+2 ∙3,25+0,21∙3,25² = 7194 Па = 7,194 кПа

Величину ΔP_E определяют по формуле:

(31)

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; и - плотность охлажденной и горячей воды, кг/м³; ( = 977,81 кг/м³; = 961,92 кг/м³; g = 9,81 м/с²).

ΔP_E = 1,6 *9,81*(977,81-961,92) = 249 Па

ΔP_P = 6945 + 249= 7194 Па

При выборе диаметра труб исходят из среднего значения удельной линей­ной потери давления на трение в основном циркуляционном кольце , Па/м и определяют по формуле:

₍₃₂₎

где: - расчетное давление, Па - 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.

R_ср = 0,65 * 7194/ 134,66 = 34,7 Па/м

Ориентируясь на значение, определяют диаметры труб участков действительные удельные потери давления на трение R и скорость движения воды. Необ­ходимо следить за тем, чтобы скорость движения воды не превышала пре­дельно допустимых значений от 0,4…0,5 м/с.

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

₍₃₃₎

где: - сумма коэффициентов местного сопротивления (к.м.с.) на участке, составленными на основании расчетной схемы системы отопления; V - скорость движения воды, м/с; ρ - плотность воды, кг/м³; - динамическое давление, Па.

Значение к.м.с. сводим в таблицу 3.

Таблица 3 – Значения коэффициентов местных сопротивлений

№ участка	Диаметр d, мм	Наименование местных сопротивлений	коэффициент местных сопротивлений	Сумма коэффициентов местных сопротивлений
1	50	Отводы 3 шт.	0,3*2;0,6	1,2
2	50	Тройник на растекании,задвижка	3;0	3
3	40	Тройник на растекании,кран муфтовый проходной	3;0	3
4	32	Тройник на ответвлении	1	1
5	32	Тройник на ответвлении	1	1
6	32	Тройник на ответвлении	1	1
7	32	Тройник на ответвлении	1	1
8	32	Тройник на ответвлении	1	1
9	25	Тройник на ответвлении	1	1
10	25	Тройник на ответвлении	1	1
11	25	Тройник на ответвлении;Кран шаровый со сливным краном;Радиатор 1/2;Кран трёхходовой;Отводы 3 шт.; Воздухосборник;Тройник на проходе	1;1,7;0,75;0;2*0,6;1*0,5;1,5;1,5	8,15
12	20	Тройник на проходе,трёходовой кран,радиатор 1\2 ; отводы 2 шт	1,5;0,65;3,5; 0,6*2	6,85
13	20	Тройник на проходе,трёходовой кран, ,радиатор 1\2; отводы 2 шт	1,5;0,65;3,5; 0,6*2	6,85

Все расчетные данные гидравлического расчета системы отопления сводим в таблицу 4.

Таблица 4 – Гидравлические расчет системы отопления Таблица 2

Номер участка	Тепловая нагрузка Q,Вт	Расход теплоносителя G,кг/ч	Длина участка l,мм	Диаметр d,мм	Скорость воды V,м/с	Удельные потери на трение R, Па/м	Потери давления на трение Rl,Па	Сумма коэф. местных сопративлений ∑ζ	Динамическое давление P дин,Па	Потери давления в местных сопративлениях Z,Па	Суммарные потери Rl+Z,Па
1	39904,47	3488,79	20,52	50	0.449	55	1128,6	1,2	123,75	148,5	1277,1
2	20849,61	1822,85	5,29	50	0.228	15	79,35	3	76,5	229,5	308,85
3	14599,43	1276,4	4,03	40	0.266	28	112,84	3	104	312	424,84
4	13392,3	1170,86	3,6	32	0.329	50	180	1	53,2	53,2	233,2
5	11914,52	1041,66	3,41	32	0.285	38	129,58	1	39,7	39,7	169,28
6	10501,74	918,15	2,12	32	0.252	30	63,6	1	30,5	30,5	94,1
7	8864,73	775,03	3,63	32	0.214	22	79,86	1	22,6	22,6	102,46
8	7415,42	648,31	3,36	32	0.174	15	50,4	1	150	15,0	65,4
9	6173,8	539,77	5,65	25	0.257	45	254,25	1	32,4	32,4	286,65
10	4609,77	403,02	3,6	25	0.193	26	93,6	1	17,8	17,8	111,4
11	3141,83	323,15	7,73	25	0.154	17	131,41	8,15	95,3	776,69	908,1
12	2130,42	186,25	3.8	20	0.140	20	76	6,85	65,1	445,93	521,93
13	1735,47	151,72	3.8	20	0.116	14	53,2	6,85	43,3	269,6	322,8
14	1340,52	117,19	3.8	20	0.091	9	34,2	6,85	26,7	182,89	217,09
15	945,57	82,66	3.8	20	0.066	5	19	6,85	13,8	94,58	113,58
16	3141,83	323,15	4.59	25	0.154	17	78,03	6,7	80,2	537,34	158,23
17	4609,77	403,02	3.6	25	0.193	26	93,6	1	17,8	17,8	111,4
18	6173,8	539,77	5.65	25	0.257	45	254,25	1	32,4	32,4	286,65
19	7415,42	648,31	3.36	32	0.174	15	50,4	1	15,0	15,0	65,4
20	8864,73	775,03	3,63	32	0.214	22	79,86	1	22,6	22,6	102,46
21	10501,14	918,15	2,12	32	0.252	30	63,6	1	30,5	30,5	94,1
22	11914,52	1041,66	3,41	32	0.285	38	129,58	1	39,7	39,7	169,28
23	13392,3	1170,86	3.6	32	0.329	50	180	1	53,2	53,2	233,2
24	14599,43	1276,4	4,03	40	0.266	28	112,84	3	104	104	424,84
25	20849,61	1822,85	7,62	50	0.228	15	114,3	3	76,5	76,5	308,85
26	39904,47	3488,79	1,97	50	0.449	55	108,35	0,6	123,75	74,25	1277,1
		∑L=	130.65

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).

, что допустимо.

_{Условия выполняются.}