Пример 2. Гидравлический расчёт поквартирной системы отопления с автономным источником теплоснабжения

Исходные данные

На рис.1 представлена аксонометрическая схема системы отопления трёхкомнатной квартиры с настенным газовым котлом с автоматическим переключением мощности на горячее водоснабжение и требуемой покомнатной мощностью отопительных приборов.

Рис. 1 Аксонометрическая схема поквартирной системы отопления

с автономным источником теплоснабжения:

1 – газовый котёл; 2 – циркуляционный насос; 3 – теплообменник нагрева воды в котле для системы отопления; 4, 7 – подающие и обратные металло-

полимерные трубопроводы; 5 – конвектор; 6 – угловой терморегулятор

RTD-N-15, встроенный в конвектор

Расчётная потребность теплоты на отоплении квартиры Q_r = 6400 Вт.

Расчётный расход теплоты на горячее водоснабжение составляет 50 кг/ч.

В квартире общей площадью 63 м² применена двухконтурная тупиковая горизонтальная разводка теплопроводов из металлопластиковых труб с условным диаметров d₀ = 15 мм. Температура горячей воды t₁ = 80 ºС; ρ_w1= 972 кг/м³, обратной t₂ = 60 ºC и ρ_w2 = 983 кг/м³. Температурный перепад в системе Δt = 20 ºС.

В качестве отопительного прибора принят конвертор «Сантехпром АвтоС» типа КСК 20-2,696 со встроенным автоматическим терморегулятором RTD-№15, для которого при положении термостатической головки «N» гидравлическое сопротивлении равно 60000 Па [7].

Требуется на основании поэтажного плана с радиаторной разводкой, рассчитанной тепловой мощностью системы и заданным перепадом температур определить потери давления в системе отопления и подобрать циркуляционный насос.

Решение

1. На аксонометрической схеме системы отопления определяют контуры основного циркуляционного кольца: котёл – подающая магистраль – система отопления квартиры – обратная магистраль – котёл. Гидравлический расчёт будет выполняться для циркуляционного кольца с большей тепловой нагрузкой: “а – б – в – г – К2 – г' – в' – з' – и“. Вычисляем расход воды Gw, кг/ч, циркулирующий в системе отопления:

275 .

2. Определяем скорость движения воды ω, м/с, на начальном участке циркуляционного кольца “а –б“ по трубам длиной l = 0,8 м, d₀ = 15 мм и с площадью внутреннего сечения f_тр.м = 0,000177 м²:

Потери давления на трение ΔР_тр.а-б, Па, при значении удельной потери давления R = 186,2 Па/м (табл.17) составят

Па,

на местные сопротивления при (котёл и внезапное сужение по табл.19):

Па.

3. В тройнике точки “б” горячая вода после котла разделяется на два потока G_w, кг/ч:

участок “б - в” ;

участок “б - д” .

4. Вычисляем потери давления на участке “б - в” длиной 15 м, скорость воды в трубе  м/с, удельная потеря давления на трение R=73,1 Па/м (табл.17), потери давления по длине участка:

Па;

на местные сопротивления при (тройник на разделении потока и отвод с радиусом закругления 5d₀):

Па.

Итого: Па.

5. От участка “б - в” в точке “в” происходит ответвление к

конвектору К1 горячей воды в количестве

кг/ч.

6. Выполняем расчет потерь давления дальнего участка циркуляционного кольца “ в -г- К2 -г - в ”. Через это кольцо проходит расход горячей воды

кг/ч.

На участке подающих и обратных трубопроводов “в - г” и “ - ” при l = 4·2 = 8 м, скорость воды ω, м/с, составит

; R = 32,6 Па/м,

тогда потери давления на трение по длине участка будут равны:  Па; потерь давления на местные сопротивления на участке нет.

На двух присоединительных подающем и обратном трубопроводах “г – К2” и “К2 - г” d₀=15 мм имеются по два отвода на 90°, тогда общее местное сопротивление на участке составит:

.

Вычислим соответствующие им потери давления на трение при l=0,8м и R=32,6 Па/м:

Па;

на местные сопротивления:

Па.

Итого: 26+34=60 Па.

Потери давления в конвекторе составляют 60000 Па. В номинальном режиме расход равен 360 кг/ч, в рассматриваемом примере – 86 кг/ч. Потери давления при снижении расхода воды через конвектор при открытой термостатической головке составят:

Па,

тогда общие потери давления на участке будут равны:

Па.

7. Потери давления на участке “ в – К1 - в” должны быть также равны 14654 Па. Участок подающих и обратных трубопроводов имеет одинаковые потери давления 60 Па (см. п. 6).

В конвекторе и терморегуляторе на RTD–N15 дополнительное наладочное сопротивление должно быть:

Па.

При такой малой разнице давлений между конвекторами К1 и К2 наладочная регулировка не требуется (наладку проводят при невязке потерь давления в циркуляционных кольцах, превышающей 5 %).

8. Общие потери давления в циркуляционном кольце “а – б – – К2 - - - u”:

Правое циркуляционное кольцо с конвекторами К4 и К5 имеет такие же потери давления.

9. Циркуляционный насос, встроенный в котел, дополнительно преодолевает гидравлическое сопротивления водонагревающего теплообменника величиной кПа.

Общий напор циркуляционного насоса составит:

Подача насоса складывается из расхода горячей воды на нужды отопления – 275 кг/ч и горячего водоснабжения – 50 кг/ч.

.325 кг/ч = 0,325 м³/ч.

По каталогу фирмы “Грундфосс” подбираем циркуляционный бессальниковый насос серии 100 типа UPS 25–50 с электродвигателем мощностью N_нас = 60 Вт.