Указания к выполнению задания № 2

Расстановку нагревательных приборов и размещение стояков и магистралей выполнить для всего здания.

При размещении нагревательных приборов, теплового пункта и трассировке труб следует руководствоваться следующими рекомендациями:

1. Нагревательные приборы устанавливаются только на наружных стенах и, как правило, под оконными проемами. Исключение составляют нагревательные приборы лестничной клетки, где они размещаются вдоль капитальной внутренней перегородки.

2. Положение главного стояка определяется расположением теплового пункта, который удобно разместить в подвале, рядом с лестничной клеткой.

3. При размещении отопительных стояков, прежде всего, рекомендуется предусмотреть стояки во всех угловых помещениях. По возможности, каждый отопительный стояк должен иметь двухстороннее подключение нагревательных приборов, а в пределах одной квартиры вспомогательные помещения допускается обогревать приборами, подключенными по схеме «на сцепке».

4. На лестничной клетке предусмотреть отдельный стояк, который во всех случаях выполняется как однотрубный и проточный.

5. На подводках к отопительным приборам предусмотреть установку кранов для регулирования теплоотдачи нагревательных приборов.

На схеме выбирается два циркуляционных кольца: большое и малое, исходя из самых «тяжелых» и самых «легких» условий работы нагревательных приборов в гидравлическом отношении. Оба циркуляционных кольца разбиваются на расчетные участки. При этом границами участков являются места (точки на схеме), где изменяется расход теплоносителя. Для каждого участка на схеме указывается его длина L, м и тепловая нагрузка Q, Вт.

Гидравлическому расчету предшествует расчет теплопотерь помещений здания, размещение нагревательных приборов и компоновка системы отопления в целом по зданию. Рекомендуется (но не обязательно) разбить сеть трубопроводов на четыре отдельные ветви и таким образом получить четыре наиболее удаленных от теплового пункта стояка.

При выполнении графической части задания №2 рекомендуется руководствоваться рисунками 4, 5 , 6 , приложениями данного пособия и дополнительным материалом в учебнике [1, глава 7].

Результаты гидравлического расчета Таблица 9	Располагаемое давление для расчетного кольца ΔPр = .......................,Па	Окончательный расчет	ΣR·L+Z, Па
			Z, Па		Сумма
			R·L, Па
			R, Па/м
			W, м\сек
			dу, мм
		Предварительный расчет	ΣR·L+Z, Па
			Z, Па		Сумма
			R·L, Па
			R, Па/м
			W, м\сек
			dу, мм
		Данные для расчета	Σζ
			L, м
			G, кг/ч		Сумма
			Q, Вт
			№ п/п

Расчет потерь давления по большому циркуляционному кольцу должен удовлетворять условию

.

Если условие не выполняется, то в зависимости от знака невязки уточняются диаметры труб на одном или нескольких расчетных участках, добиваясь выполнения условия. Допустимая невязка между потерями давления в большом и малом циркуляционных кольцах составляет .

Пример заполнения формуляра-бланка гидравлического расчета приведен в таблице 9. Приближенные значения коэффициентов местных сопротивлений  для различных элементов систем отопления приводятся в таблице 8.

Таблица коэффициентов местных сопротивлений Таблица 8.

Элементы систем отопления	Значения 
Нагревательные приборы	2
Отопительные котлы (водоподогреватели)	2,5
Отводы 90^о и утки при условном диаметре, мм: 15… 20 25…32 40..50	1,5 1 0,5
Скобы при условном диаметре, мм: 15 20 и более	3 2
Тройники: на проходе на ответвлении на противотоке	1 1,5 3
Крестовины: на проходе на ответвлении	2 3
Краны проходные и двойной регулировки при условном проходе, мм: 15 20…32	4 2
Задвижки	0,5
Внезапное расширение (сужение)	1 (0,5)

На рис. 4 показаны схемы подключения отопительных стояков для систем с нижней и верхней разводкой и зданий с различным числом этажей [2, с.181]. Стояки располагают преимущественно у наружных стен – открыто либо скрыто в бороздах или в массиве стен и перегородок. При скрытой прокладке теплопроводов в наружных стенах предусматриваются меры для уменьшения теплопотерь.

Двухтрубные стояки размещают на расстоянии 80 мм между осями труб, причем подающие стояки располагают справа (при взгляде из помещения). В местах пересечения стояков и подводок огибающие скобы устраивают на стояках (а не на подводках), причем изгиб направляют в сторону помещения.

2

4

2

г)

1 – воздушный кран;

2 – запорный кран;

3 – запорный вентиль;

4 – спускной кран.

а)

2

1

б)

2

4

1

3

в)

3

4

Рис. 4. Схемы присоединения стояков к магистралям

водяного отопления: а) двух - трехэтажных зданий с верхней разводкой;

б) четырех - семиэтажных при верхней разводке; г) то же при нижней разводке;

в) восьмиэтажных и более высоких зданий.

Т2

Т1

Т1

Т1

Т1

Т2

Т2

Т2

На рис. 5. представлена схема двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией [1, с.129].

Вода, нагретая в теплогенераторе 12 (например, котле или другом источнике тепловой энергии) до температуры t_г , поступает по главному стояку 1 в подающие магистральные теплопроводы Т1 .

По подающим магистральным теплопроводам горячая вода поступает в подающие стояки 5, а затем по подающим подводкам (соединительным трубам между стояками и нагревательными приборами) горячая вода направляется в нагревательные приборы 18. В результате передачи тепла через стенки нагревательных приборов воздуху помещения вода охлаждается до температуры t_о и по обратным подводкам, обратным стоякам 9 и обратным магистральным теплопроводам Т2 возвращается в теплогенератор 12, где она снова подогревается до температуры t_г, и далее циркуляция происходит по замкнутому кольцу. Расширительный бак 3 служит для компенсации теплового расширения воды и удаления воздуха из системы.

Для дальнейших расчетов принимается решение о выборе диаметра в соответствии с ГОСТом и с учетом полученных расчетом ориентировочных значений. Принимая решение о выборе диаметра на расчетном участке, не следует на всех участках кольца принимать диаметры только больше ориентировочного значения или только меньше. В этом случае, как правило, расхождение между располагаемым давлением и суммарными потерями больше допустимой невязки. Справочные данные по сортаменту труб приведены в таблице 7.

Сортамент труб Таблица 7

Диаметры труб, мм
Условный dу	Наружный dн	Внутрен- ний dв	Условный dу	Наружный dн	Внутрен- ний dв
Трубы по ГОСТ 3262-75			Трубы по ГОСТ 10704-76
15	21,3	15,7	50	57	49
20	26,8	21,2	70	76	70
25	33,5	27,1	80	89	82
32	42,3	35,9	100	108	100
40	48	41	125	133	125
50	60	53	150	159	149
70	75,5	67,5

Потери давления P, Па на расчетном участке находим по формуле

или с учетом подстановок

,

где d_в – внутренний диаметр трубопровода на расчетном участка по

ГОСТу, мм;

a и n – эмпирические коэффициенты;

L – длина расчетного участка, м;

Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном

участке;

G_уч – расход воды на расчетном участке, кг/ч.

Значение скорости движения воды υ, м/с при известном расходе можно выразить

.

Тогда

,

где ρ – плотность воды, значение которой можно принять при средней

температуре воды (95-70)/2=82,5^оС равной 970,25 кг/м³;

d_в – внутренний диаметр трубопровода, мм;

λ – коэффициент трения.

Известно [2], что при выполнении гидравлического расчета трубопроводов методом динамических давлений значения принимают постоянным для определенного диаметра трубопроводов, что снижает точность расчетов, но не уводит за пределы точности, допустимой в инженерной практике. На основе анализа и обработки, имеющихся в литературе значений /d_в , нами получена эмпирическая зависимость

,

где а=100, n= - 1,31 для систем с вынужденной циркуляцией;

а=110, n= - 1,30 для систем с естественной циркуляцией;

d_в – внутренний диаметр трубопровода, мм.

После подстановок получим формулу для расчета ориентировочного значения диаметра d_ор, мм трубопровода по известному R_ср и заданному расходу воды G_уч на расчетном участке

,

На рис. 6. представлена аналогичная схема, но с нижней разводкой отопительных разводящих магистралей (Т1 и Т2) по подвалу, над полом первого этажа или в подпольных каналах. Расширительный бак 4, согласно такой схемы, служит только для компенсации теплового расширения воды в системе при изменении ее температуры. Удаление воздуха из системы при ее заполнении и в процессе эксплуатации осуществляется через воздуховыпускные пробковые краны «Маевского» (левая часть схемы) или через воздушную специальную линию 5, воздухосборник 6 и воздуховыпускной кран 7 (правая часть схемы).

Гидравлический расчет систем водяного отопления сводится к определению экономичных сечений труб при заданных тепловых нагрузках и располагаемом перепаде давления.

Располагаемый перепад давления P_p, Па определяется по формулам:

для систем с естественной циркуляцией

,

для систем с вынужденной циркуляцией

,

где h – вертикальное расстояние от центра нагревательного прибора

соответствующего этажа до центра теплового узла, м;

_о и _г – соответственно плотность охлажденной(₇₀=977,81) и горячей

(₉₅=961,92) воды, кг/м³ [1, с.449];

L – суммарная длина всех участков наиболее протяженного (большо-

го) циркуляционного кольца, м;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Р_тр – дополнительное естественное давление от охлаждения воды

в трубопроводах (для систем с нижней разводкой Р_тр=0).

Для двухтрубной системы отопления с верхней разводкой двухэтажного здания величина P_тр, Па находится в зависимости от расстояния L, м от главного стояка до расчетного по формуле

.

Величина средних удельных потерь давления на трение R_ср, Па/м находится по формуле

,

где L – суммарная длина всех участков расчетного циркуляционного коль-

ца, м;

0,5 – коэффициент, полученный на основании опытных данных, согласно

которых для двухтрубных систем примерно 50% располагаемого

давления тратится на преодоление сопротивления трению.

Полученное значение R_ср является ориентировочной величиной для выбора (или расчета) диаметров труб по таблицам или номограммам [1,2,3,4] при известном значении расхода воды G_уч, кг/ч на расчетном участке, который определяется в зависимости от тепловой нагрузки Q_уч, Вт по формуле

,

где β₁ – коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых приборов за счет округления сверх расчетной величины принимается по таблице 5 [1, с. 196];

β₂ - коэффициент учета дополнительных потерь тепла отопительными приборами у наружных ограждений принимается по таблице 6 [1, с. 197].

Таблица 5. Значения коэффициента β₁. Таблица 6. Значения коэффициента β₂.

Шаг номенклатурного ряда отопительных приборов, Вт	Значение β1		Отопительный прибор	Значение β2
120	1,02		Радиатор:
150	1,03		чугунный секционный	1,02
180	1,04		стальной панельный	1,04
210	1,06		Конвектор:
240	1,08		с кожухом	1,02
300	1,13		без кожуха	1,03

Методика подбора диаметров труб по удельным потерям давления достаточно подробно изложена в литературе [1-4]. При отсутствии таблиц для гидравлического расчета трубопроводов систем отопления можно воспользоваться методом динамических давлений.

Величина удельных потерь при этом может быть выражена следующей формулой

,