Основные принципы гидравлического расчета теплопроводов систем водяного отопления

Системы отопления представляют собой разветвлен­ную сеть теплопроводов, выполняющих важную функцию распределения теплоносителя по отопительным приборам. Целью гидравлического расчета является определе­ние диаметров теплопроводов при заданной тепловой на­грузке и расчетном циркуляционном давлении, установ­ленном для данной системы.

Как известно из курса гидравлики, при движении реальной жидкости по трубам всегда имеют место поте­ри давления на преодоление сопротивления двух видов — трения и местных сопротивлений. К местным сопротив­лениям относятся тройники, крестовины, отводы, венти­ли, краны, отопительные приборы, котлы, теплообменни­ки и т. д.

Потери давления , Па, на преодоление трения на участке теплопровода с постоянным расходом движу­щейся среды (воды, пара) и неизменным диаметром определяют по формуле

где — диаметр теплопровода, м; — коэффициент гидравлического трения (величина безразмерная); — скорость движения воды в те­плопроводе, м/с; — плотность движущейся среды, кг/м’; —удель­ные потерн давления; Па/м; — длина участка теплопровода, м.

Потерн давления на преодоление местных сопротив­лений, Па, определяют по формуле:

где — сумма коэффициентов местных сопротивлении в данном участке теплопровода, величина безразмерная; — динамическое давление воды о данном участке тепло­провода, Па.

Суммарные потери давления, возникающие при дви­жении воды в теплопроводе циркуляционного кольца, должны быть меньше расчетно-циркуляционного давле­ния, устанавливаемого для данной системы. Под расчет­ным циркуляционным давлением понимается давление, необходимое для поддержания принятого гидравлическо­го режима системы отопления. Это то давление, которое может быть израсходовано в расчетных условиях на преодоление гидравлических сопротивлении в системе.

Гидравлический расчет теплопроводов систем водя­ного отопления выполняют различными методами. Наи­большее распространение получили методы расчета теплопроводов по удельным потерям и по характеристикам сопротивления.

Первый метод заключается в раздельном определении потерь давления на трение и в местных сопротивлениях. При этом диаметры теплопроводов определяют при постоянных перепадах температуры воды во всех стояках и ветвях , равных расчетному перепаду температуры воды во всей системе .

Во втором методе устанавливают распределение потоков воды в циркуляционных кольцах системы и полу­чают переменные (неравные) перепады температуры во­ды в стояках и ветвях . Предварительно вы­бирают диаметр теплопровода на каждом расчетном уча­стке с учетом допустимых скоростей движения воды. Расчетным участком называют участок теплопровода с неизменным расходом теплоносителя.

При расчете главного циркуляционного кольца (наи­более неблагоприятного в гидравлическом отношении циркуляционного контура) рекомендуется предусматри­вать запас давления на неучтенные сопротивления, но не более 10 % расчетного давления:

Методика гидравлического расчета теплопровода си­стем водяного отопления.

1. До гидравлического расчета теплопроводов выполняют аксонометрическую схему си­стемы отопления со всей запорно-регулирующей арма­турой. К составлению такой схемы приступают после того, как: подсчитана тепловая мощность системы отопле­ния здания; выбран тип отопительных приборов и опре­делено их число для каждого помещения; размещены на поэтажных планах здания отопительные приборы, горячие и обратные стояки, а на планах чердака и подвала — подающие и обратные магистрали; выбрано место для теплового пункта или котельной; показано на плане чер­дака или верхнего этажа (при совмещенной крыше) раз­мещение расширительного бака и приборов воздухоудаления.

На планах этажей, чердака и подвала горячие и об­ратные стояки системы отопления должны быть прону­мерованы, а на аксонометрической схеме кроме стояков нумеруют все расчетные участки циркуляционных ко­лец— участки труб, а также указывают тепловую на­грузку и длину каждого участка. Сумма длин всех рас­четных участков составляет величину расчетного цирку­ляционного кольца.

2. Выбирают главное циркуляционное кольцо. В ту­пиковых схемах однотрубных систем за главное принима­ется кольцо, проходящее через дальний стояк, а в двух­трубных системах — кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка. В последнем случае — наи­большая, а — наименьшая, тогда и отношение , определяющее давление на 1 м длины, здесь бу­дет наименьшим. При попутном движении воды наиболее неблагоприятным в гидравлическом отношении являет­ся кольцо, проходящее через один из средних наиболее нагруженных стояков.

3. Определяют расчетное циркуляционное давление

4. При расчете по методу удельных потерь давления для предварительного выбора диаметров теплопроводов определяют среднее значение удельного падения давле­ния по главному циркуляционному кольцу:

где — коэффициент, учитывающий долю потери давления на мест­ные сопротивления от общей величины расчетного циркуляционного давления ( = 0,35 — для систем отопления с искусственной циркуля­цией, = (),5 — для систем отопления с естественной циркуляцией); —общая длина расчетного циркуляционного кольца, м; — расчетное циркуляционное давление, Па.

5. Определяют расходы воды на расчетных участках , кг/ч:

где — тепловая нагрузка участка, составленная из тепловых на­грузок отопительных приборов, обслуживаемых протекающей по участку водой, Вт; — теплоемкость воды, кДж/(кг-К); — перепад температур воды в системе, °С; и — коэффициенты; 3,6 — коэффициент перевода Вт в кДж/ч.

Ориентируясь на полученное значение и опреде­лив количество воды , кг/ч, можно с помощью рас­четной таблицы подобрать оптимальные диаметры труб расчетного кольца. Все данные, получае­мые при расчете теплопровода, заносят в специальную таблицу (табл. 7.2).

При расчете отдельных участков теплопровода необ­ходимо иметь в виду следующее: местное сопротивление тройников и крестовин относят лишь к расчетным участ­кам с наименьшим расходом воды; местные сопротивле­ния отопительных приборов, котлов и подогревателей учитывают поровну в каждом примыкающем к ним теплопроводе.

Если по произведенному расчету с учетом запаса до 10% расходуемое давление в системе будет больше или меньше расчетного давления , то на отдельных уча­стках кольца следует изменить диаметры труб.

После расчета главного циркуляционного кольца рас­считывают параллельные циркуляционные кольца, (ко­торые состоят из участков главного кольца (уже рассчитанных) и дополнительных (не общих) участков, еще не рассчитанных. Проводится «увязка» потерь давления, т.е. получение равенства потерь давления на параллель­но соединенных дополнительных участках других колец и не общих участках главного циркуляционного кольца.

Согласно п. 3.35 СНиП 2.04.05—86, неувязка потерь давления в циркуляционных кольцах (без учета потерь давления в общих участках) не должна превышать 5 % при попутной и 15 % при тупиковой разводке теплопро­водов систем водяного отопления в расчете с постоянны­ми разностями температур в подающей и обратной маги­стралях.

Формулу используют для определения расхода воды на расчетном участке в однотрубных проточных и двухтрубных системах отопления.

Для однотрубной системы с замыкающими участками расход воды в приборах определяется с учетом коэффи­циента затекания воды в приборы, представляющего со­бой отношение массы воды, затекающей в прибор, к об­щей массе воды, проходящей по стояку:

где — масса воды, поступающей в прибор, кг/ч; — масса во­ды, проходящей по стояку, кг/ч.

При гидравлическом расчете однотрубной системы отопления потеря давления в межрадиаторных узлах оценивается произведением суммарного коэффициента местного сопротивления узла на динамическое давление стояка. Данные о коэффициентах затекания и суммар­ных коэффициентах местного сопротивления узлов раз­личных систем приведены в справочной литературе.

Для унификации монтажной заготовки элементов и межрадиаторных узлов системы отопления стояки и подводки обычно выполняют стандартными для каж­дого типа здания.

К.В. Тихомиров, Э.С. Сергеенко
“Теплотехника. Теплогазоснабжение и вентиляция”