Инженерное-обеспечение. Учебное пособие соответствует рабочей программе дисциплины Теплогазоснабжение и вентиляция

• Название: Учебное пособие соответствует рабочей программе дисциплины Теплогазоснабжение и вентиляция
• Дата: 23.04.2023
• Размер: 6.31 Mb.
• Имя файла: Инженерное-обеспечение.doc
• Тип: Учебное пособие; #1083653
• страница: 6 из 16

2.3. Гидравлический расчет системы отопления

Гидравлический расчет системы отопления заключается в подборе диаметров трубопроводов системы отопления таким образом, чтобы при расчетных расходах теплоносителя потери давления во всех циркуляционных кольцах не превышали расчетного циркуляционного давления Р_р.

В качестве расчетной схемы системы отопления используют аксонометрическую схему трубопроводов.

Расчет рекомендуется выполнять в следующем порядке.

1. 
   Строится расчетная аксонометрическая схема трубопроводов системы отопления и выбирается расчетное циркуляционное кольцо – кольцо наибольшей протяженности и тепловой нагрузки. В реальных проектах проводится расчет всех колец, в учебной РГР достаточно выполнить его только для одного самого невыгодного кольца, тогда работоспособность остальных колец будет обеспечена.
   

На расчетной схеме нумеруются все участки рассчитываемого кольца. Границами участков являются точки слияния или разделения потоков и точки ожидаемого изменения диаметров. В однотрубных системах отопления стояк со всеми приборами рассматривается как один участок. Следует иметь в виду, что в однотрубной системе отопления общее количество колец равно количеству стояков, в двухтрубной – количеству отопительных приборов. В двухтрубной системе через наиболее удаленный стояк проходит несколько циркуляционных колец (по числу отопительных приборов). Расчет выполняется для самого неблагоприятного кольца, проходящего через нагревательный прибор нижнего этажа.

На расчетной схеме указываются тепловые нагрузки отопительных приборов, равные теплопотерям помещений, в которых они расположены. В РГР можно не учитывать потери теплоты в трубопроводах, проходящих через неотапливаемые помещения (чердаки, подвалы и др.), так как они существенно снижаются из-за обязательной теплоизоляции труб. Также не требуется учитывать потоки теплоты, поступающие в отапливаемые помещения от расположенных в них труб (стояков, подводок).

Для всех расчетных участков циркуляционного кольца определяются их тепловые нагрузки – сумма тепловых нагрузок обслуживаемых отопительных приборов, к которым подводится или от которых отводится теплоноситель по данному участку Q₁,Вт,и дли ны I, м. Расчет удобно вести в форме таблицы (см. примеры 2.1 и 2.2, табл. 2.1 и 2.3).

2. 
   Расчетные потоки теплоты для участков системы определяются по формуле
   

Q_уч  Q₁  _{1 2} ,(2.1)

где Q₁ – сумма тепловых нагрузок нагревательных приборов, к которым подводится или от которых отводится теплоноситель по данному участку; ₁ и ₂ – коэффициенты, учитывающие условия работы приборов (прил. 6).

3. 
   Назначаются параметры теплоносителя – в общем случае это составляет 95/70 С, тогда как в помещениях с повышенными требованиями к комфортности – 85/60 С, в зданиях повышенной этажности и при большом количестве последовательно присоединенных отопительных приборов в однотрубной системе отопления (6 и более) – 105/70 С.
   

Определяется расчетное циркуляционное давление для рассчитываемого кольца Р_р, Па.

В системах с естественной циркуляцией

Р_р  Р_е, (2.2)

где Р_е – естественное циркуляционное давление в кольце;

Р_е  Р_епр, Р_етр, ,(2.3)

где Р_{е пр,} – давление, возникающее за счет остывания воды в отопительных приборах; Р_{е тр,} –давление, возникающее за счет остывания воды в трубах; Р_{е тр,} учитывается только в системах с верхней разводкой и определяется по справочным данным. В расчетно-графической работе давление Р_{е тр,} принимается 150 Па.

Методика расчета давления, возникающего за счет остывания воды в отопительных приборах, назначается в соответствии со схемой системы отопления (верхняя или нижняя разводка, однотрубная или двухтрубная). Примеры расчетных схем и формулы для определения Р_{е пр,} представлены на рис. 2.5–2.7.

Для двухтрубных систем водяного отопления с верхней (рис. 2.5) и нижней разводкой

Р_{е пр,} = gh(₀– _г ), (2.4)

где h – расстояние от центра котла или водонагревателя до центра отопительного прибора в расчетном кольце (показано расстояние hдо центра прибора на первом этаже, через который проходит наиболее неблагоприятное расчетное циркуляционное кольцо), м; ₀ и_г– величины плотности горячей и охлажденной воды в системе отопления, кг/м³.

Рис. 2.5. Принципиальная схема двухтрубной системы водяного отопления с нососной циркуляцией: 1 – генератор тепла; 2 – насос; 3 – расширительный сосуд: 4 – главный стояк; 5 – отопительные приборы; 6 – подающий стояк; 7 – обратный стояк: 8 – воздухоотводчик; 9 – фильтр

Рис. 2.6. Принципиальная схема однотрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией (обозначения см. на рис. 2.5)

Д ля однотрубных систем водяного отопления при верхней разводке

(рис. 2.6)

Ре пр. ghпр   о г 

gh₁   _{1 г}  gh₂  _{2 г} , (2.5)

где h_пр – вертикальное расстояние от центра генератора тепла до центра нагревательного прибора первого этажа, м; h₁,h₂ и т. д. – вертикальное расстояние от центра нагревательных

приборов одного этажа до центра Рис. 2.7. Принципиальная схема однотрубприборов следующего этажа, м; ной системы водяного отопления с нижней

^_г , ^₁, ^₂, ^₀ – значения плотности разводкой. Обозначения см. на рис. 2.5

воды, поступающей в систему, смеси воды на соответствующем участке и охлажденной воды, кг/м³. Количество слагаемых в этой формуле соответствует количеству этажей.

Для однотрубных систем водяного отопления при нижней разводке (см. рис. 2.7)и размещении нагревательных приборов как на нисходящей, так и на восходящей частях стояка [формула (2.5)] для участков, соответствующих h₁,h₂ и т. д., вместо _гподставляются расчетные значения плотности воды на соответствующих участках восходящего стояка:

Р_епр. gh_пр   _{0 г}  gh₁   _{4 1}  gh₂  _{3 2} . (2.6)

Величина плотности воды определяется в зависимости от ее температуры по справочным данным (прил. 7). Температура воды на участках стояка однотрубной системы водяного отопления t_i определяется по формуле

ti_{  }tг tг tо _ Qi, (2.7)

Q_ст

где ^t_г и ^t_о – температура горячей воды, подаваемой в систему отопления и отработанной воды, °С; ^Q_i – суммарная тепловая нагрузка приборов на стояке, расположенных выше (ранее) рассматриваемого участка по течению воды, Вт; ^Q_ст –тепловая нагрузка всего стояка, Вт.

В системах с насосной циркуляцией расчетное циркуляционное давление для рассчитываемого кольца Р_р, Па, определяется по формуле

Р_р  Р_нас  Е Р_е, (2.8)

где Р_нас – циркуляционное давление, создаваемое насосом, Па; Е – доля естественного давления, которую целесообразно учитывать в расчетах;Р_е – естественное давление, вызванное охлаждением воды в системе и определяемое по формуле (2.3).

Обычно принимается Е = 0,4–0,5 для двухтрубных и Е= 1 для однотрубных систем отопления. Для Р_нас предварительно принимается

10000 Па, при подборе марки насоса эта величина может корректироваться.

При теплоснабжении от ТЭЦ или ЦТП и использовании гидроэлеватора в зависимых системах отопления (см. рис. 2.1) циркуляционное давление также определяется по формуле (2.8), но ^Р_нас рассчитывается по другому выражению:

нас Рс , (2.9)

_Р  2

1,4 1U

где ^Р_с –перепад давлений в подающей и обратной магистралях ТЭЦ, Па (по заданию); U – коэффициент смешения, представляющий собой отношение массы подмешиваемой охлажденной воды ^G_пк массе воды, поступающей в систему отопления из тепловой сети ^G_с , который определяется по формуле

U (T^{tг )} , (2.10)

(t_г t₀)

где T – температура перегретой воды в подающей магистрали ТЭЦ, С (по заданию); ^t_г – температура воды, поступающей в систему отопления, С (назначается в соответствии с рекомендациями пункта 2, см. подразд. 2.3); t₀ – температура отработанной воды на выходе из системы отопления, °С.

4. 
   Определяются расходы воды на участках расчетного циркуляционного кольца G_уч, кг/ч:
   

Q^уч

G_уч  ,(2.11)

1,16 (t_г t₀ )

где Q_уч–расчетные потоки теплоты на участках, определенные, Вт, по формуле (2.1).

4. 
   Назначаются предварительные диаметры трубопроводов участков большого циркуляционного кольца. При этом рекомендуется принимать такие диаметры, для которых при расчетных расходах G_уч удельные потери давления на трение R примерно соответствуют среднему значению удельных потерь давления в расчетном циркуляционном кольце R_ср:
   

P^р

R_ср  0,65 , (2.12)

L

где 0,65 – ориентировочная доля потерь давления по длине в общих потерях давления; P_р – расчетное циркуляционное давление для рассчитываемого кольца, определенное по рекомендациям пункта 3, Па; L – суммарная длина участков кольца, м.

Расчет ведется с использованием таблиц или номограммы для гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления (см. прил. 7).

По номограмме (прил. 7) по определенным ранее значениям G_уч и R_срназначаются диаметры участков, определяются скорости и расчетные удельные потери давления по длине R.

Например, расчетный расход G_уч = 1400 кг/ч, R_ср= 200 Па/м. По номограмме (прил. 7) выбирается диаметр участка d = 25 мм, для которого при этом расчетном расходе удельные потери давления на участке (R= 285 Па/м) максимально близки значению R_ср,скорость движения воды при этом V = 0,7 м/с. Схема определения этих параметров на номограмме (см. прил. 7) показана пунктиром.

Аналогичным образом назначаются диаметры для всех участков кольца и определяются параметры их работы. Задачей расчета является подбор таких диаметров трубопроводов, при которых суммарные потери давления всех участков в расчетном кольце (RL+Z) будут меньше расчетного циркуляционного давления P_p, но с запасом 10–15 %, т.е. должно соблюдаться условие

RL Z P_p, (2.13)

где L– длины участков, м; RL – величина потерь давления по длине этих участков, Па; Z – величина потерь давления в местных сопротивлениях на участках, Па; (RL + Z) – суммарные потери давления на участках;

Z_ ^{V2 } , (2.14)

2

где _ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке, принимаемых по прил. 11;  – плотность воды, принимаемая в этом расчете для всех участков равной 980кг/м³; V – скорость движения воды на участке, м/с. Комплекс V²/2 = P_v называется динамическим давлением, он может вычисляться или определяться по номограмме (см. прил. 7). Формула (2.14) при этом приводится к виду ZP_v. (2.15)

Если с первой попытки не удается выполнить требования неравенст- ва (2.13), следует изменить диаметры трубопроводов на одном или не- скольких участках, что приведет к увеличению или уменьшению суммарных потерь давления(RL+ Z)и позволит добиться выполнения этого условия.

6. Для того чтобы общий расход теплоносителя распределялся по всем стоякам в соответствии с их расчетной нагрузкой, необходимо провести увязку колец, т.е. обеспечить равенство потерь давления при пропуске расчетных расходов теплоносителя во всех кольцах. В расчетно-графической работе такой расчет не выполняется.

В очень малых зданиях при зависимых системах отопления перепад давлений в тепловой сети может существенно превосходить необходимый, так как величина P_p многократно превышает(RL+ Z). Чтобы не допустить перерасхода теплоносителя и обеспечить рекомендуемый запас давления допускается установка на вводе дополнительного гидравлического сопротивления – диафрагмы, диаметр которой, мм, определяется по формуле

d11,3 , (2.16)

где G – расход теплоносителя, проходящий через диафрагму (на вводе), кг/ч; Р – потери давления, Па, которые должна создать диафрагма, чтобы обеспечить рекомендуемый запас давления в неравенстве (2.13). Диафрагмы с отверстием менее 10 мм склонны к зарастанию и засорению, поэтому вместо них для регулирования перепада давления рекомендуется использование автоматических балансировочных клапанов, например, серии АВ-QМ по каталогам фирмы Danfoss. Такие клапаны регулируют и поддерживают необходимый перепад давлений, а также позволяют производить слив теплоносителя.

Пример 2.1. Конструирование и расчет системы водяного отопления с нижней разводкой и принудительной циркуляцией за счет перепада давлений в сети ТЭЦ.

Исходные данные: жилое здание – как и в примере 1.1. Теплопотери помещений представлены в следующей таблице.

	3-й этаж
301 1980	302 1240	ЛК-1	303 1240	304 1980
305 1980	306 1240	307 1240	308 1240	309 1980
	2-й этаж
	202 790	ЛК-1	203 790
	206 790	207 790	208 790
	1-й этаж
101 1890	102 1130	ЛК-1 3160	103 1130	104 1890
105 1890	106 1130	107 1130	108 1130	109 1890
	Qзд = 39720 Вт

В качестве источника теплоснабжения используется ТЭЦ, теплоноситель вода с температурой 130/70 °С, давление в подающем трубопроводе

3 МПа, в обратном – 0,5 МПа, т.е. Р_c= 0,10 МПа.

Решение. В здании принята однотрубная система водяного отопления с нижней разводкой. Тепловой узел размещается в подвале под лестничной клеткой на отметке – 2,1 м, магистрали прокладываются в подвале вдоль наружных стен на отметке –1,00 м, с уклоном 0,003 в сторону ввода. При такой схеме к угловым стоякам присоединено последовательно достаточно много (по 6 штук) отопительных приборов, поэтому приняты повышенные параметры теплоносителя: t_г = 105 °С, t_о = 70 °С. Стояки проложены открыто, в том числе в двух наружных углах здания. Отопительные приборы присоединены к восходящим и нисходящим ветвям стояков. В узлах присоединения отопительных приборов к стоякам предусмотрены терморегулирующие проходные краны с термостатической головкой.

В качестве нагревательных приборов использованы чугунные секционные радиаторы МС-140-108. На ответвлениях стояков от магистралей в качестве запорной арматуры предусмотрены пробковые краны. Для опорожнения стояков в их нижней части предусмотрены тройники с пробковыми кранами. Для удаления воздуха из системы на верхних глухих пробках приборов верхнего этажа установлены воздухоотводчики радиаторные с ручным управлением (краны Маевского). Лестничная клетка оборудована самостоятельным стояком с одним нагревательным прибором, присоединенным по проточной схеме. Подающий и обратный трубопроводы из теплового узла прокладываются совместно до центра нагрузки (центр здания) и оттуда на оба фасада ко всем стоякам. В соответствии с заданным источником теплоснабжения для снижения температуры исходного теплоносителя предусмотрена установка гидроэлеватора. Трассировка трубопроводов в подвале, на 1-м этаже и их аксонометрическая расчетная схема показаны на рис. 2.8, 2.9, 2.10.

Для определения циркуляционного давления по формуле (2.10) определяется коэффициент смешения U в элеваторе:

130105

U  0,71.

10570

По формуле (2.9) определяется циркуляционное давление, создаваемое гидроэлеватором:

0,10

P_нас  ₂  0,0097МПа 9700Па.

1,4 1 0,71



Рис. 2.8. План подвала (к примеру 2.1)



Рис. 2.9. План 1 этажа (к примеру 2.1)



Рис. 2.10. Расчетная схема большого кольца (к примеру 2.1)

Дальнейший расчет выполняется для кольца, проходящего через стояк 1, так как это самое большое кольцо. Поскольку стояк отапливает угловые помещения, оборудованные двумя радиаторами, то теплопотери этих помещений распределены между радиаторами не поровну, так как на радиаторы, присоединенные к восходящей части стояка с более высокой температурой, назначена бо льшая часть тепловой нагрузки. Для определения естественного циркуляционного давления в этом кольце по формуле (2.7) вычисляются температуры трубопровода на характерных промежуточных участках. При этом считается, что остывание воды происходит только в нагревательных приборах и падение температуры в стояке равно 35 °С (от 105 до 70 °С) (см. рис. 2.10).

Определяются температуры воды на последовательных участках стояка – ст. 1 (рис. 2.10): t₁ = 105 – 1090×35/5190 = 97,6 °С; t₂ = 105 – 1890×35/5190 = 92,2 °С; t₃ = 105 – 3870×35/5190 = 78,9 °С; t₄ = 105 – 4390×35/5190 = 75,4 °С.

Соответствующие значения плотности воды определяются по прил. 6:

_г = 954,7 кг/м³; _о = 977,8 кг/м³; ₁ = 960,0 кг/м³; ₂ = 963,8 кг/м³; ₃ = 972,5кг/м³; ₄ = 974,5 кг/м³.

Положение центра теплового узла назначается на 0,6 м выше пола подвала, центр отопительного прибора нижнего этажа – на 0,4 м выше пола, т.е. расстояние от центра теплового узла до центра прибора 1-го этажа 2,5 м. По формуле (2.7) определяется циркуляционное давление, возникшее вследствие остывания воды в приборах

В связи с тем, что схема отопления рассчитывается с нижней разводкой, то давление от остывания воды в трубах не учитывается:

P_е = P_{е пр,} = 1204,3 Па.

По формуле (2.8) определяется расчетное циркуляционное давление в рассчитываемом кольце:

Р_р 9700 1 1318  11018 Па.

Итак, выполнена расчетная аксонометрическая схема большого циркуляционного кольца, установлены расчетные участки (рис. 2.10). Расчетный стояк (восходящая и нисходящая ветви) рассматривается как один участок. Результаты дальнейших расчетов представлены в табличной форме (табл. 2.1).

Талица 2.1