6. Гидравлический расчет системы отопления

Принятая конструкция системы отопления должна быть представлена аксонометрической схемой в пояснительной записке (расчётная схема) и на чертеже.

На аксонометрической схеме должны быть изображены повороты, скобы, утки, необходимая арматура; на схеме в пояснительной записке, дополнительно к вышесказанному должны быть указаны номера рассчитываемых участков, их длина и тепловая нагрузка.

Аксонометрическая схема является основой для гидравлического расчёта трубопроводов.

Расчётным участком называется участок трубопровода постоянного диаметра с постоянным расходом теплоносителя. Исключение составляют стояки вертикальных однотрубных систем, где на расчётном участке могут быть трубы разного диаметра.

Циркуляционное кольцо – это замкнутый контур в системе отопления. Количество циркуляционных колец в двухтрубной системе отопления равно числу отопительных приборов.

В реальных проектах проводят расчет всех колец, в учебном проекте число колец ограничено, но расчеты наибольшего и наименьшего по длине колец обязательны.

Целью гидравлического расчёта трубопроводов системы отопления является определение оптимальных диаметров, при которых обеспечивается устойчивая и надёжная доставка расчётного количества теплоносителя ко всем отопительным приборам при заданном перепаде давления теплоносителя в подающей и обратной магистралях тепловой сети.

Задача гидравлического расчёта сводится к выбору минимальных диаметров на всех участках сети таким образом, чтобы гидравлическое сопротивление главного циркуляционного кольца не превышало располагаемого циркуляционного давления с запасом 5…10%, а разность гидравлических сопротивлений главного полукольца и каждого из остальных полуколец не превышала 15%.

Гидравлический расчет трубопроводов производится в следующем порядке:

1. Определяется главное циркуляционное кольцо. Это кольцо проходит через наиболее удаленный отопительный прибор первого этажа и является самым нагруженным во всей системе. Главное кольцо разбивается на расчетные участки, начиная с обратной подводки наиболее неблагоприятно расположенного отопительного прибора по обратным трубопроводам до узла ввода и далее по подающим трубопроводам до расчетного прибора.

2. Определяется расчетное циркуляционное давление для главного циркуляционного кольца по формуле:

ΔP_рц = ΔР_н+Б(ΔР_е._пр+ΔР_е._тр), (6.2)

где ΔР_Н – заданный перепад давления в магистралях тепловой сети на вводе, Па;

Б – коэффициент, определяющий долю максимального гравитационно­го давления, которую целесообразно учитывать в расчетных усло­виях.

Для двухтрубных систем Б = 0.4 … 0.5.

ΔР_е._пр – естественное гравитационное давление, создаваемое в системе за счет охлаждения воды в отопительных приборах в расчетных усло­виях:

ΔР_е._пр=gh^.(ρ_о- ρ_г) = 6,2h^.(t_г-t₀), (6.3)

где g – ускорение свободного падения, м/с²;

h – вертикальное расстояние от оси узла ввода до оси отопительного прибора расчетного кольца, м;

ρ_о, ρ_г – соответственно плотность охлажденной и горячей воды, кг/м;

t_г, t₀ – соответственно температура на входе в прибор и выходе из прибора, °С;

ΔР_е._тр – естественное гравитационное давление (Па), создаваемое за счет осты­вания воды в трубопроводах, определяется по прил. 8 [4]. В системах отопления с нижней разводкой ΔР_е._тр не учитывается.

3. Для каждого участка расчетного кольца определяется расход теплоноси­теля, кг/ч:

G= , (6.4)

где суммарная тепловая мощность отопительных приборов, подсоединенных кi-му участку трубопровода, Вт;

С– удельная массовая теплоемкость воды (С = 4,187 кДж/кг^.К).

4. Определяются ориентировочные удельные потери давления на трение на 1 м длины трубопровода, Па/м:

R_ор=0,9^.k, (6.5)

где k – доля потерь давления на трение. Для систем с искусственной цирку­ляцией принимается равной 0,65;

ΔP_pц, – расчетное циркуляционное давление, Па;

Σl – сумма длин рассчитываемых участков, м.

Найденная величина R_ор является приблизительной. При подборе диаметров труб для конкретных участков могут применяться величины, большие или меньшие R_ор.

5. Для каждого расчетного участка главного циркуляционного кольца, ориентируясь на R_op по прил. 10 [4] отыскивается заданный расход теп­лоносителя Gi и определяется соответствующее ему значение диаметра трубо­провода d, скорости движения теплоносителя V и фактическое значение удельной потери давления на трение R_i .

6. Вычисляется расчетная потеря давления на трение на участке, равная произведению R_i ^. l_i.

7. По каждому расчетному участку главного циркуляционного кольца по приложению 9 [4] или по приложениям 7 и 8 определяется сумма коэффициентов местных сопротивлений Σξ.

8. По приложению 7 [4] и приложению 5 находится значения ρ и определяется динамическое давление, Па:

Р_дi=.(6.6)

9. Произведение Р_дi ^.Σξ определяет потери давления на местные со­противления Z_i на рассчитываемом участке.

10. По каждому расчетному участку вычисляется полная потеря давления, Па:

ΔP_i = R_i^.l_i + Z_i . (6.7)

11. Определяется полная потеря давления в главном циркуляционном кольце, Па:

Δ P_г.ц.к.=. (6.8)

12. Рассчитывается запас давления на неучтенные в расчете гидравличе­ские сопротивления:

100% = 5.. .10%. (6.9)

Если запас давления окажется меньше 5 % или больше 10 %, то необходи­мо соответственно увеличивать или уменьшить диаметры наиболее нагружен­ных участков главного циркуляционного кольца.

Рассчитанное таким образом главное циркуляционное кольцо, принимается в дальнейших расчетах за опорное для гидравлической увязки всех остальных колец системы. Для каждого циркуляционного кольца есть точки, общие с главным циркуляционным кольцом, где происходит деление или слияние пото­ков. Задача дальнейшего расчета состоит в подборе диаметров участков полу­колец таким образом, чтобы гидравлические потери в них были равны уже под­считанным потерям давления между общими точками на участках главного циркуляционного кольца. Расчет малых полуколец производится аналогично расчету главного цир­куляционного кольца. Величина невязки в полукольцах определяется по фор­муле:

≤15 %, (6.10)

где ΔР_г.п.к. – потеря давления в главном полукольце, равная потере давления на участках, не общих с малым полукольцом, Па;

ΔР_м.п.к. – потеря давления в малом полукольце, Па.

Если по расчету невязка получилась больше 15 %, в нижней части стояка малого полукольца необходимо установить дополнительное местное сопротив­ление (кран двойной регулировки или дроссельную диафрагму).

Диаметр отверстия дроссельной шайбы рассчитывают по формуле, мм:

d_ш = 2, (6.11)

где G – расход теплоносителя, кг/ч, на участке, где устанавливают шайбу;

ΔР_ш – требуемая потеря напора в шайбе. Принимается равной потерям напора на участке, где установлена шайба.

Диаметр отверстия шайбы округляют до 0,5 мм в ближайшую сторону. Для уменьшения возможности засорения отверстия диаметр шайбы принимают не меньше 3 мм.

Данные гидравлического расчета сводятся в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Гидравлический расчет системы отопления

№ уч-ка	ΣQi Bт	Gi кг/ч	l м	d мм	V м/с	Ri Па/м	Ri^.l Па	Σξ	Pд Па	Z Па	ΔР Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

При выполнении гидравлического расчета необходимо следить, чтобы скорости движения воды не превышали предельно допустимых значений из условия бесшумной работы системы отопления (V ≤1,5м/с).