Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления

Располагаемый перепад давления для создания циркуляции воды:

(4)

где: ∆Р_н – перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом для обеспечения необходимого расхода воды в системе, Па;

(5)

где: ∆Р_е.тр – естественное циркуляционное давление, возникающее в расчетном кольце системы вследствие охлаждения воды в трубах, в системах с нижней разводкой не учитывается.

∆Р_е.пр – естественное циркуляционное давление, возникающее в расчетном кольце системы вследствие охлаждения воды в отопительных приборах. Для двухтрубной системы отопления определяется по формуле:

(6)

где: h – вертикальное расстояние между условными центрами охлаждения в отопительном приборе и нагревания в системе, м;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

β – среднее приращение плотности воды при понижении ее температуры на 1 ºС, кг/м³∙ ºС по [5 Табл.10.4];

t_г – температура горячей воды в системе отопления, ºС;

t_о – температура охлажденной воды в системе отопления, ºС.

Так как ∆Р_е = 595,8 Па составляет менее 10% от ∆Р_н, то это давление допускается не учитывать.

Перепад давлений, создаваемый циркуляционным насосом:

(7)

где: ∑l – длина основного циркуляционного кольца системы отопления, м.

Гидравлический расчет трубопроводов методом удельных потерь давления на трение начинаем с определения ориентировочного значения R_ср, Па/м, удельной потери давления на трение:

(8)

где: 0,9 – коэффициент, показывающий, что 10% от ∆Р_р идет в запас на неучтенные потери давления.

х=0,65 – доля потерь на трение для систем водяного отопления с искусственной циркуляцией.

∑l – то же, что и в формуле (7).

Рассмотрим на примере участка №1:

Расход воды на участке определяем по формуле:

(9)

где: Q – тепловая нагрузка участка, Вт;

β₁ – коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины, [2. Табл.1, прил.12; 5. Табл.9.4];

β₂ – коэффициент учета дополнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных ограждений, [2. Табл.2, прил.12; 5. Табл.9.5].

Длину l определяем по аксонометрической схеме.

По таблицам [5. Табл.11.1-11.2 прил.11] в зависимости от R_ср и расхода воды G определяем диаметры D, скорости ν воды и удельные потери давления на трение R.

Коэффициенты местных сопротивлений определяем по таблицам [5. Прил.11 Табл.11.10-11.20].

Величина динамического давления определяется по таблице [5. Прил.11, Табл.11.13] в зависимости от скорости движения воды при ∑ζ=1.

Расчет остальных участков ведется аналогично и сводится в таблицы 2, 3.

Таблица 2 – Гидравлический расчет трубопроводов

Расчет основного циркуляционного кольца, ветка 1

Nуч	Тепл нагрузка участка; Q, Вт	Расход воды на Участке; G, кг/ч	Длина Участка;l, м	Диам трубы;Dу, мм	Скорость воды; V, м/с	Уд потеря давл на трение; R, Па/м	Потеря давл на трение; R*l, Па	Сумма коэф мест сопр на уч;	Динамическое Давление; Pд, Па	Потеря давл в мест сопр; z, Па	Суммарн потеря давл на уч; Па	Местн сопр, их коэфф;
		94,6	12,8		0,203			21,6	20,5	442,8	1466,8
		189,2			0,254				31,8	31,8	571,8
		283,8			0,386				72,5	72,5	1272,5
		378,5	7,5		0,284		562,5		39,7	119,1	681,6
		473,1			0,222				65,1	65,1	269,1
		567,7			0,257				86,2	86,2	311,2
		662,3	6,8		0,312
		719,8	4,5		0,337		337,5		54,9	164,7	502,2
		778,6			0,36				63,3	63,3	318,3
		837,4	2,5		0,391				74,3	74,3	324,3
		896,3	12,5		0,411				82,2
		990,2	6,5		0,269
		1013,0	7,5		0,277
		1051,0	3,5		0,285				39,7	39,7	172,7
		1103,8	3,5		0,293				42,5	42,5	182,5
		1153,4			0,311
		1203,1	2,5		0,329				53,2	159,6	284,6
		2322,4	4,0		0,3	24,0		3,0	44,0	159,6	284,6
		2322,4	1,0		0,3	24,0		1,0	44,0	47,0	182,0
		2322,4			0,291					159,6	284,6
		1203,1	2,5		0,329				53,2	159,6	284,6
		1153,4			0,311
		1103,8	3,5		0,293				42,5	42,5	182,5
		1051,0	3,5		0,285				39,7	39,7	172,7
		1013,0	7,5		0,277
		990,2	6,5		0,269
		896,3	12,5		0,411				82,2
		837,4	2,5		0,391				74,3	74,3	324,3
		778,6			0,36				63,3	63,3	318,3
		719,8	4,5		0,337		337,5		54,9	164,7	502,2
		662,3	6,8		0,312
		567,7			0,257				86,2	86,2	311,2
		473,1			0,222				65,1	65,1	269,1
		378,5	7,5		0,284		562,5		39,7	119,1	681,6
		283,8			0,386				72,5	72,5	1272,5
		189,2			0,254				31,8	31,8	571,8

Σ(Rl+Z)=19355,6

Продолжение Таблицы 2

Гидравлический расчет трубопроводов, ветка 2

Nуч	Тепл нагрузка участка; Q, Вт	Расход воды на Участке; G, кг/ч	Длина Участка;l, м	Диам трубы;Dу, мм	Скорость воды; V, м/с	Уд потеря давл на трение; R, Па/м	Потеря давл на трение; R*l, Па	Сумма коэф мест сопр на уч;	Динамическое Давление; Pд, Па	Потеря давл в мест сопр; z, Па	Суммарн потеря давл на уч; Па	Местн сопр, их коэфф;
		94,6	12,6		0,203			23,6	20,5	483,8	1491,8
		189,2			0,254				31,8	31,8	571,8
		283,8			0,216				72,5	72,5	342,5
		378,5			0,284				39,7	39,7	489,7
		473,1			0,363				65,1	65,1	785,1
		567,7	13,5		0,421				86,2
		623,5			0,473
		679,3	3,5		0,312		227,5		48,5	48,5
		735,1			0,337				54,9	164,7	539,7
		846,7	6,5		0,391				76,3	381,5	1031,5
		958,4			0,26
		1032,7			0,277
		1073,4			0,285				39,7	39,7	153,7
		1119,3	3,5		0,311					39,7	153,7
		1119,3	3,5		0,311					39,7	153,7
		1073,4			0,285				39,7	39,7	153,7
		1032,7			0,277
		958,4			0,26
		846,7	6,5		0,391				76,3	381,5	1031,5
		735,1			0,337				54,9	164,7	539,7
		679,3	3,5		0,312		227,5		48,5	48,5
		623,5			0,473
		567,7	13,5		0,421				86,2
		473,1			0,363				65,1	65,1	785,1
		378,5			0,284				39,7	39,7	489,7
		283,8			0,216				72,5	72,5	342,5
		189,2			0,254				31,8	31,8	571,8

Σ(Rl+Z)=17717,2

(10)

Расчет дополнительных циркуляционных колец и промежуточных стояков.

Невязка между ветками:

(11)

Так как невязка < 15%, то необходимость в установке шайбы отсутствует.

5 Расчет нагревательной поверхности отопительных приборов.

Средняя температура воды в отопительном приборе, присоединенном к стояку двухтрубной системы отопления:

(14)

где: t_г и t_о – то же, что и в формуле (6).

∑∆t_м – суммарное понижение температуры воды, ºС на участках подающей магистрали от начала системы до рассматриваемого стояка.

∑∆t_п.ст. - суммарное понижение температуры воды, ºС на участках подающего стояка от магистрали до рассчитываемого прибора.

(15)

где: q_в.i – теплоотдача 1 м вертикальной трубы, Вт/м², на i-том участке подающего стояка [5. Табл.2.22].

l_уч.i – длина i-го участка подающего стояка, м.

G_уч.i – расход воды, кг/ч, на i-том участке подающего стояка.

Рассмотрим на примере отопительный прибор в мастерской электротоваров, Ст12 с тепловой нагрузкой прибора 2060 Вт.

Расчетная плотность теплового потока отопительного прибора:

(17)

Где: ∆t_ср = t_ср – t_в – разность между средней температурой воды в приборе и температурой воздуха в помещении, ⁰ С.

n, p, c – экспериментальные числовые показатели, по [5. Табл.9.2], в зависимости от типа отопительного прибора, направления движения и расхода теплоносителя.

G_пр – расход воды через отопительный прибор, кг/ч.

Q_ном – номинальный тепловой поток прибора, Вт/м².

(18)

Где: Q_ном – номинальный тепловой поток прибора, Вт/сек. [5.Прил.X, Табл. Х1].

А – площадь нагревательной поверхности прибора, Вт/сек. [5.Прил.X, Табл. Х1].

Теплоотдача открыто проложенных в рассматриваемом помещении теплопроводов:

(19)

Где: q_в и q_г – теплопередача 1м вертикальных и горизонтальных труб, Вт/м², [5. Табл.2.22].

l_в и l_г - длина вертикальных и горизонтальных труб в пределах помещения, м².

Расчетная площадь отопительного прибора, м²:

Где: 0,9 – поправочный коэффициент, учитывающий долю теплопередачи открыто проложенных в помещении теплопроводов, полезную для поддержания заданной температуры воздуха в помещении.

Число секций в чугунном радиаторе:

(20)

Где: А – площадь одной секции, м².

β₄ – поправочный коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении. [5. Табл.9.12].

β₃ – поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе.

(21)

Если расчетное число секций в формуле (20) получается не целое, то к установке принимается ближайшее большее число секций N_уст.

Расчет остальных приборов ведется аналогично. Результаты расчета заносятся в таблицу 3.

Таблица 3 – Расчет отопительных приборов

№ пом. и tв	Тепл. нагр. Qпр, Вт	∆t, ºС	Эксп. числовые показатели	Расч. плотн. тепл. потока qпр Вт/м^2	Тепл. 1 м верт. трубы qв Вт/м	Тепл. 1 м гориз. трубы qг Вт/м	Тепл. тепло- провод. открыт. пролож. Qтр, Вт	Расч. площ. отоп. приб. Ар, м^2	Число секций чугунного радиатора
n	p	c	по расч. Np	к уст. Nуст
9, 16⁰С		66,0	0,3			702,4			513,9	3,07	13,0
9, 16⁰С		66,1	0,3			703,7			513,9	3,06	12,9
9, 16⁰С		66,1	0,3			703,7			513,9	3,06	12,9
9, 16⁰С		66,1	0,3			703,7			513,9	3,06	12,9
9, 16⁰С		66,2	0,3			705,1			513,9	3,06	12,9
9, 16⁰С		66,2	0,3			705,1			513,9	3,06	12,9
9, 16⁰С		66,2	0,3			705,1			513,9	3,06	12,9
11, 5⁰С		77,2	0,3			861,1			619,5	1,20	5,1
13, 10⁰С		72,1	0,3			787,9				1,69	7,1
13, 10⁰С		72,1	0,3			787,9				1,69	7,1
13, 10⁰С		72,1	0,3			787,9				1,69	7,1
14, 10⁰С		72,2	0,3	0,02	1,039	787,4				1,27	5,4
14, 10⁰С		72,2	0,3	0,02	1,039	787,4				1,27	5,4
16, 12⁰С		70,2	0,3	0,02	1,039	748,2				0,49	2,1
17, 18⁰С		64,1	0,3	0,02	1,039	671,7				1,00	4,2
18, 18⁰С		64,2	0,3			677,6				1,60	6,8
19, 12⁰С		70,2	0,3	0,02	1,039	760,0				1,14	4,8
20, 12⁰С		70,2	0,3	0,02	1,039	760,0				1,14	4,8
9, 16⁰С		66,1	0,3			703,7			513,9	3,06	12,9
9, 16⁰С		66,1	0,3			703,7			513,9	3,06	12,9
9, 16⁰С		66,1	0,3			703,7			513,9	3,06	12,9
9, 16⁰С		66,2	0,3			705,1			513,9	3,06	12,9
9, 16⁰С		66,2	0,3			705,1			513,9	3,06	12,9
9, 16⁰С		66,2	0,3			705,1			513,9	3,06	12,9
31, 18⁰С		64,2	0,3			677,6				1,88	7,9
31, 18⁰С		65,0	0,3			688,6				1,85	7,8
31, 18⁰С		65,0	0,3			688,6				1,85	7,8
31, 18⁰С		65,0	0,3			688,6				1,85	7,8
31, 18⁰С		65,0	0,3			688,6				1,85	7,8
31, 18⁰С		65,0	0,3			688,6				1,85	7,8
31, 18⁰С		65,0	0,3			688,6				1,85	7,8
21, 18⁰С		64,2	0,3			677,6			462,6	2,43	10,2
Лк А, 16⁰С		66,2	0,3	0,02	1,039	701,4				1,30	5,5
29, 18⁰С		64,2	0,3	0,02	1,039	675,6			229,8	1,57	6,6

∑N_уст= 308

6 Расчет и подбор элеватора

Диаметр горловины водоструйного элеватора:

(22)

Где: G_с – расход воды в системе отопления, определяемый по формуле (9) и выраженный в т/ч.

∆Р_н – насосное циркуляционное давление для системы, определенное по формуле (7) и выраженное в кПа.

По вычисленному значению d_г = 11,24 мм подбираю по [6, Табл.24.4; 7, Табл. 3.1] номер элеватора 1 и диаметр горловины, ближайший меньший к полученному по формуле (22) d_г = 15 мм.

Коэффициент смешения элеватора:

(23)

Где: t_г и t_о – то же, что и в формуле (6).

t₁ – температура воды, ºС, поступающей из наружного подающего теплопровода в элеватор.

Диаметр сопла элеватора:

(24)

Необходимая для действия элеватора разность давлений в наружных теплопроводах при вводе их в здание:

(25)

7 Подбор теплосчетчика

Для подбора теплосчетчика необходимо вычислить объемный расход:

м³/ч (26)

Где: G – расход воды в тепловой сети;

ρ – плотность воды при t = 70 ºС.

Далее по данным завода-изготовителя выбираем диаметр условного прохода теплосчетчика по наибольшему расходу: D_у = 20 мм.

Теплосчетчик обеспечивает измерение и накопление суммарного количества теплоты и объема теплоносителя в диапазоне от 4 до 100 % наибольшего расхода, приведенного в паспорте завода-изготовителя (6 градаций для каждого диаметра).

Комплект теплосчетчика AS2000/45 включает:

- вычислительный блок AQUARIUS 2000

- расходомер электромагнитный ИР-45

- два парных термопреобразователя КТСПР с защитными гильзами.

8 Расчет удельных технико-экономических показателей системы отопления

Удельный расход тепла на отопление здания:

Вт/м² (27)

Где: Q_зд – теплопотери здания, Вт;

F_общ – общая площадь здания, м².

Удельная площадь нагрева чугунных радиаторов:

(28)

Где: А – площадь нагревательной поверхности одной секции чугунного секционного радиатора, м².

∑N_уст – суммарное число секций чугунных радиаторов, установленных в здании.

Список использованной литературы

1. СНиП 11-3-79*. Строительная теплотехника/ Минстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1995. – 29с.

2. СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование/ Минстрой России, ГП ЦПП, 1994. – 66с.

3. ГОСТ 21.602-79. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Рабочие чертежи/ Госстрой СССР. – М.: Издательство стандартов, 1980.-16с.

4. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика/ Минстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 1997. – 140с.

5. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч1: Отопление. В.Н. Богословский, Б.А. Крупнов, А.Н. Сканави и др. Под ред. И.Г. Староверова и Ю.И. Шиллера – 4-е перераб. и доп. изд. – М.: Стройиздат, 1990.- 344с. (Справочник проектировщика).

6. Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление: Учебник для вузов. – М.: Издательство АСВ, 2002. – 576с.

7. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление: Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1991. – 735с.

Дата добавления: 2015-08-05