- •Тема1. Теплотехника, тепловлажностные режимы зданий
- •Нормируемые температурные перепады между внутренним воздухом
- •Решение
- •Подготовка необходимых исходных данных
- •Проверка первого условия паропроницаемости
- •Решение
- •Решение
- •Тема 2. Системы отопления
- •Регулировочный клапан; 2- обратный клапан; 3- насос-элеватор;
- •Технические характеристики ребристых труб
- •Технические характеристики чугунных радиаторных секций
- •Технические характеристики стальных штампованных радиаторов
- •Решение:
- •С верхним распределением пара и “сухим” конденсатопроводом
- •Давления с верхним распределением пара и “мокрым” конденсатопроводом.
- •Рекомендуемые давления пара в котле паровых систем отопления
- •3. Системы вентиляции промпредприятий
- •Уравнение воздушного баланса помещения в данном случае имеет вид
- •Условия устройства воздушных и воздушно-тепловых завес
- •Порядок расчета
- •Тема 4. Системы кондиционирования воздуха
- •Численные значения параметров воздуха в характерных точках скв
- •Лекция 25. Системы холодоснабжения центральных кондиционеров
- •Технические характеристики компрессорно-конденсаторных блоков
- •410054, Саратов, Политехническая ул., 77
Решение:
1. Расчетный расход теплоносителя, проходящий через данный нагревательный прибор,
G = кг/ч.
2. Фактический температурный перепад прибора
tпр = С.
3. Коэффициент приведения к реальным условиям
.
4. Требуемая номинальная теплоотдача прибора
Qн.у = Qпр/к = 1200/0,886 =1354 Вт.
5. Требуемое предварительное количество секций
= ,
где qн.у – номинальная теплоотдача одной секции, Вт.
6. Поправочные коэффициенты на способ установки и количество секций в одном приборе: при открытой установке 4 = 1,0; при числе секций до 15 3 = 1,0.
7. Окончательное количество секций, принимаемое к установке,
n = принимаем 8 секций.
Лекция 12. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ
СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
Важными элементами любой системы центрального отопления являются магистральные и распределительные трубопроводы, предназначенные для транспортировки и распределения теплоты между отопительными приборами. По трубопроводам циркулирует теплоноситель, обеспечивающий подвод расчетного количества теплоты к каждому нагревательному прибору. Для нормальной работы системы отопления необходимо иметь диаметры трубопроводов, обеспечивающие пропуск требуемого расхода теплоносителя через каждый расчетный участок сети. Значения диаметров определяются в результате гидравлического расчета.
Целью гидравлического расчета трубопроводов является определение необходимых диаметров и потерь давления, возникающих при пропуске заданных расходов теплоносителя по каждому расчетному участку системы отопления.
Принципы гидравлического расчета аналогичны для всех систем отопления. Они базируются на основных законах гидродинамики и заключаются в следующем. Движение теплоносителя в системе происходит вследствие возникновения циркуляционного давления. Это давление может возникать за счет разности плотностей горячей и обратной воды (естественная циркуляция) или создаваться насосом (принудительная циркуляция). Под действием циркуляционного давления теплоноситель движется по нескольким замкнутым контурам, которые включают в себя источник теплоты, главный стояк, распределительный трубопровод, рабочие стояки, нагревательные приборы, обратные стояки, обратную магистраль и снова источник. Такие замкнутые контуры называются кольцами циркуляции.
В двухтрубных системах отопления через каждый нагревательный прибор проходит свое индивидуальное кольцо циркуляции. Поэтому в таких системах количество расчетных колец численно равно количеству нагревательных приборов. В однотрубных системах количество колец равно количеству стояков. Каждое кольцо имеет свою определенную длину, которая зависит от удаления нагревательных приборов, обслуживаемых данным стояком от источника. В двухтрубных системах все кольца циркуляции, проходящие через нагревательные приборы, присоединенные к одному стояку, имеют одинаковые длины.
При движении теплоносителя по трубопроводам неизбежно возникают потери давления, связанные с преодолением гидравлических сопротивлений. Гидравлические сопротивления подразделяются на два вида: cопротивление трению и местное сопротивление.
Потери давления на трение возникают на прямых участках трубопровода в результате трения движущегося потока о стенки трубы. Величина этих потерь Ртр, Па, определяется по формуле Д’Арси – Вейсбаха
Ртр = , (2.16)
где L – длина расчетного участка, м;
d – внутренний диаметр трубопровода, м;
v– скорость движения жидкости, м/с;
- плотность теплоносителя, кг/м3;
- безразмерный коэффициент трения, определяющийся по формуле А.Л. Альтшуля
, (2.17)
где k – средняя величина выступов шерховатости на внутренней поверхности трубопровода, м, ( для стальных водогазопроводных труб k = 210-4 м);
Re – число Рейнольдса;
Re = , (2.18)
где - кинематическая вязкость жидкости, м2/с, ( для воды с температурой t = 70С = 0,41510-6 м2/с; t = 100С = 0,29510-6 м2/с; t = 130С = 0,22610-6 м2/с).
Анализируя формулу (2.16), можно заметить, что потери давления на трение (при v = сonst и d = const) пропорциональны длине L. Это значит, что при неизменной скорости движения теплоносителя по трубопроводу постоянного диаметра удельные потери давления, приходящиеся на каждый погонный метр длины имеют постоянную величину R, Па/м, равную
. (2.19)
Скорость движения теплоносителя связана с расходом G, кг/с, и площадью сечения трубопровода F, м2, следующим соотношением
. (2.20)
Подставив (2.20) в (2.19), получим следующую формулу, связывающую удельные потери давления на трение с расходом теплоносителя
. (2.21)
Анализируя полученную формулу (2.21), видим, что в нее входит безразмерный коэффициент трения , определяющийся по формуле Альтшуля (2.17) и также зависящий от диаметра трубопровода d и расхода теплоносителя G. Cледовательно, величина удельной потери давления на трение R является функцией двух переменных
R = f (G; d) . (2.22)
Для облегчения процедуры гидравлического расчета в справочниках приводятся специальные таблицы, составленные по формулам (2.21) и (2.17), по которым легко найти значение R для любой трубы стандартного диаметра, при любом проходящем по ней расходе теплоносителя. Однако, используя эти таблицы, следует обращать внимание на то, к какой температуре теплоносителя они относятся, так как значение коэффициента кинематической вязкости воды , определяющее величину критерия Рейнольдса, существенно зависит от температуры.
При известном значении R, найденном по таблице, потери давления на трение на расчетном участке трубопровода длиной L, м, определяются простым перемножением
Ртр = RL . (2.23)
Потери давления на местное сопротивление возникают в результате изменения конфигурации движущегося потока и определяются энергетическими затратами на вихреобразование. При любом изменении конфигурации потока (повороте, внезапном расширении, сужении, разделении и слиянии) неизбежно возникают вихревые зоны рециркуляции. Элементы системы, способствующие нарушению установившегося режима движения потока и возникновению вихревых течений, называются местными сопротивлениями. Местными сопротивлениями в системе отопления являются тройники, крестовины, вентили, задвижки, пробковые краны, краны двойной регулировки, воздухосборники, нагревательные приборы, котлы.
Величина потерь давления на местные сопротивления, как правило, обозначается символом z , Па, и определяется по формуле
z = , (2.24)
где - коэффициент местного сопротивления;
Рдин – динамическое давление потока, Па, равное
Рдин = . (2.25)
Коэффициент местного сопротивления представляет собой безразмерную величину, зависящую от вида и соотношения геометрических размеров местного сопротивления. Физический смысл этой величины заключается в том, что она определяет гидравлические потери в долях динамического давления потока, то есть, показывает, сколько долей динамического давления потока теряется на данном местном сопротивлении. Ориентировочные значения основных элементов системы отопления по данным [14] приведены в табл. 2.11.
Если на участке трубопровода имеется несколько местных сопротивлений, то потери на них определяются, как
z = , (2.26)
где i , n – номер и количество местных сопротивлений на участке.
Полные потери давления на участке трубопровода Р, Па, определяются суммой потерь на трение и местные сопротивления,
Р = RL + z . (2.27)
Таблица 2.11
Коэффициенты местных сопротивлений основных элементов системы отопления
Местное сопротивление |
Схемы разделения потоков |
Значения при условном проходе труб, мм |
||||||
10 |
15 |
20 |
25 |
32 |
40 |
50 |
||
Радиаторы двухколонковые |
- |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
Котлы чугунные |
- |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
Котлы стальные |
- |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
Внезапное расширение* |
- |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Внезапное сужение* |
- |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
Отступы |
- |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
Тройники проходные |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Тройники поворотные (на ответвление) |
|
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
Тройники на противотоке (при слиянии) |
|
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
Крестовины проходные |
|
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
Крестовины поворотные |
|
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
Компенсаторы гнутые |
П или |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
Компенсаторы сальниковые |
- |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
Вентили обыкновенные |
- |
20 |
16 |
10 |
9 |
9 |
8 |
7 |
Вентили прямоточные |
- |
3 |
3 |
3 |
3 |
2,5 |
2,5 |
2 |
Краны проходные |
- |
5 |
4 |
2 |
2 |
2 |
- |
- |
Краны двойной регулировки |
- |
5 |
4 |
2 |
2 |
2 |
- |
- |
Задвижки параллельные |
- |
- |
- |
- |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
- |
Отводы 90 и утка |
- |
2 |
1,5 |
1,5 |
1 |
1 |
0,5 |
0,5 |
Отводы двойные узкие |
- |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
Отводы двойные широкие |
- |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Скобы |
- |
4 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
Примечание: * - значение относится к большей скорости |
Располагаемое давление при естественной циркуляции, H , Па, принимается равным гравитационному давлению в системе
H = gh(o - г) + Н , (2.28)
где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2;
h – расстояние по вертикали от центра охлаждения до центра нагрева, м;
г ; o – плотности горячего и обратного теплоносителя, кг/м3;
H – дополнительное давление за счет остывания воды в трубах, Па, принимаемое по справочным данным.
При насосной циркуляции располагаемое давление H , Па, принимается равным
H = Hн + 0,5H , (2.29)
где Нн – давление, развиваемое насосом, Па.
Проанализировав формулы (2.28) и (2.29), делаем вывод о том, что наименьшее располагаемое давление имеет место в нижнем приборе каждого стояка, так как, согласно схеме рис. 2.7, в кольцах циркуляции, проходящих через нижние приборы, значение h = min.
Рис. 2.7. Расчетная схема для определения располагаемого
давления в системе отопления
Сравнивая между собой длины расчетных колец циркуляции, понимаем, что наибольшую длину имеют кольца, проходящие через наиболее удаленные от центра стояки. Потери давления в этих кольцах максимальны. Следовательно, в качестве расчетных колец циркуляции при проектировании двухтрубных систем отопления следует выбирать кольца, проходящие через нижние приборы самых удаленных стояков, так как эти кольца работают в наиболее неблагоприятных условиях по сравнению с остальными. Потери давления в них максимальны, а располагаемое давление минимально.
Дополнительным условием гидравлического расчета трубопроводов отопления, согласно [10], является не превышение допустимого уровня шума, возникающего при движении теплоносителя по трубам. Поэтому скорость движения воды в трубопроводах систем водяного отопления должна приниматься с учетом допустимого эквивалентного уровня звука в помещениях следующим образом:
для общественных зданий и помещений при допустимом эквивалентном уровне звука выше 40 дБА не более 1,5 м/с;
для административно-бытовых зданий и помещений при допустимом эквивалентном уровне звука выше 40 дБА не более 2,0 м/с;
для производственных зданий и помещений при допустимом эквивалентном уровне звука выше 40 дБА не более 3,0 м/с.
При допустимом эквивалентном уровне звука в помещениях, меньшем 40 дБА, максимальная скорость движения теплоносителя в трубопроводах отопления должна приниматься по данным следующей таблицы
Таблица 2.12
Допустимая скорость движения воды в трубах,
установленная СНиПом [10]
Допустимый эквивалентный уровень шума в помещении, дБ |
Допустимая скорость движения воды, м/с, в трубах при коэффициентах местных сопротивлений узла отопительного прибора или стояка с арматурой, приведенных к скорости теплоносителя в трубах |
||||
до 5 |
10 |
15 |
20 |
30 |
|
25 |
1,5/1,5 |
1,1/0,7 |
0,9/0,55 |
0,75/0,5 |
0,6/0,4 |
30 |
1,5/1,5 |
1,5/1,2 |
1,2/1,0 |
1,0/0,8 |
0,85/0,65 |
35 |
1,5/1,5 |
1,5/1,5 |
1,5/1,1 |
1,2/0,95 |
1,0/0,8 |
40 |
1,5/1,5 |
1,5/1,5 |
1,5/1,5 |
1,5/1,5 |
1,3/1,2 |
Примечания:
а) помещение с наименьшим допустимым эквивалентным уровнем шума; б) арматуру с наибольшим коэффициентом местного сопротивления, устанавливаемую на любом участке трубопровода, прокладываемого через это помещение, при длине участка 30 м в обе стороны от помещения. |
Порядок гидравлического расчета
Вычерчивается аксонометрическая схема системы отопления.
Выбирается расчетное кольцо циркуляции.
Определяется располагаемое давление в расчетном кольце.
Расчетное кольцо циркуляции разбивается на участки. Границами расчетных участков являются точки, в которых происходит изменение расхода теплоносителя или диаметра трубопровода.
Определяется ориентировочное значение требуемой удельной потери давления R , Па/м, по формуле
R = , (2.30)
где - суммарная длина всех участков расчетного кольца циркуляции, м.
Вычисляются расчетные расходы теплоносителя Gуч , кг/ч, на каждом участке,
Gуч = , (2.31)
где Qуч – тепловая нагрузка участка, Вт;
c - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/кгС;
tг ; to – расчетные температуры горячего и обратного теплоносителя, С.
По справочной таблице гидравлического расчета [14] подбирается стандартный диаметр трубопровода, обеспечивающий прохождение расчетного расхода Gуч при фактической величине удельной потери давления, не превышающей ориентировочного требуемого значения (Rф ), и фактической скорости, не превышающей допустимого значения по уровню шума (vф vдоп). Значения параметров выбранного варианта (d, Rф, v, Рдин ), обеспечикающие одновременное выполнение двух указанных условий, принимаются в качестве проектных.
Вычисляются потери на трение RLуч , Па.
По таблице 2.11 определяются .
Вычисляются потери на местные сопротивления z, Па.
Вычисляются суммарные потери давления на участке (RLуч + z), Па.
Начиная с 4 пункта, расчет повторяют для следующего участка.
Определяются суммарные потери давления по всему расчетному кольцу циркуляции , Па.
Проверяется выполнение условия Hр. Расчет считается завершенным тогда, когда расхождение между располагаемым давлением и потерями не превышает 10%.
Лекция 13. СИСТЕМЫ ПАРОВОГО ОТОПЛЕНИЯ
В системах парового отопления в качестве теплоносителя используется водяной пар. При конденсации одного кг пара в помещение поступает около 2260 кДж теплоты. Сравнение паровых систем с водяными позволяет сформулировать основные достоинства и недостатки парового отопления, которые заключаются в следующем:
1. Благодаря малой плотности пар может перемещаться с высокими скоростями, вследствие чего в системах парового отопления высокого давления требуемые диаметры трубопроводов получаются меньшими, чем в водяных системах равной теплопроизводительности.
2. Высокий коэффициент теплоотдачи от пара к стенке (за счет высокой величины скрытой теплоты фазового превращения) и более высокая температура пара обеспечивают меньшую площадь требуемой поверхности нагревательных приборов по сравнению с системами водяного отопления.
3. Высокая скорость движения пара обеспечивает малую инерционность систем парового отопления, то есть быстрый прогрев и выключение системы из работы.
4. Незначительное гидростатическое давление, связанное с тем, что плотность пара примерно в 1000 раз меньше плотности воды, дает возможность использования систем парового отопления в зданиях повышенной этажности.
Однако наряду со всеми перечисленными преимуществами системы парового отопления имеют ряд существенных недостатков:
1. Невозможность центрального качественного регулирования подачи теплоты (путем изменения температуры подаваемого теплоносителя) вызывает трудности поддержания постоянной, равномерной температуры в помещениях.
2. Высокая температура поверхности нагревательных приборов (большая 100С) приводит к загрязнению внутреннего воздуха продуктами сухой возгонки (разложения) органической пыли, оседающей на этих поверхностях.
3. Высокая температура пара, постоянная в течение всего отопительного периода, приводит большим теплопотерям наружных паропроводов.
4. Регулирование пропусками приводит к попаданию воздуха в систему (при периодическом отключении), способствуя интенсивной коррозии и сокращению срока службы оборудования, особенно конденсатопроводов.
Перечисленные недостатки не позволяют использовать системы парового отопления для отопления жилых и общественных зданий. В соответствии со СНиПом [10] системы парового отопления допускается устраивать только в производственных помещениях, а также на лестничных клетках, в вестибюлях, пешеходных переходах и тепловых пунктах.
Системы парового отопления подразделяют по наличию связи с атмосферой, по величине начального давления пара, способу возврата конденсата в котел, месту расположения паропровода и схеме стояков. В настоящее время наиболее распространены открытые (сообщающиеся с атмосферой) системы парового отопления.
По величине давления пара различают системы высокого, низкого давления и вакуум-паровые. Последние в нашей стране не применяются. По способу возврата конденсата системы парового отопления подразделяются на замкнутые и разомкнутые. В замкнутых системах конденсат возвращается из отопительных приборов в котел самотеком благодаря уклону трубопровода. В разомкнутых - конденсат поступает сначала в конденсатный бак, из которого перекачивается в котел насосом.
По месту расположения паропровода и схеме стояков системы парового отопления, аналогично системам водяного отопления, могут быть с верхним или нижним распределением пара, с однотрубными или двухтрубными стояками.
Рассмотрим схему замкнутой системы парового отопления низкого давления с верхним распределением пара, схема которой показана на рис. 2.8.
Рис. 2.8. Схема замкнутой системы парового отопления низкого давления