Методика гидравлического расчета теплопровода систем водяного отопления

Основные принципы гидравлического расчета теплопроводов систем водяного отопления

Цель гидравлического расчета — определение диаметров теплопроводов при заданной тепловой нагрузке и расчетном циркуляционном давлении, установленном для данной системы.

При движении жидкости по трубам давление теряется на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений (тройники, крестовины, отводы, вентили, краны, отопительные приборы, котлы, теплообменники и т.д).

Потери давления R_т, Па, на преодоление трения на участке теплопровода с постоянным расходом воды (пара)

R_т = λ/d · w²/2 · ρl = Rl (5.26)

где d — диаметр теплопровода, м; λ — коэффициент гидравлического трения (безразмерный); w — скорость движения воды, м/с; ρ — плотность воды, кг/м³; R — удельные потери давления; Па/м; l — длина участка теплопровода, м.

Потери давления на преодоление местных сопротивлений, Па

Z = ∑ζ ρ w²/2 (5.27)

где ∑ζ, ρw²/2 — сумма коэффициентов местных сопротивлений (прил. 5), (безразмерная) и динамическое давление воды на участке теплопровода, Па.

Суммарные потери давления должны быть меньше расчетно-циркуляционного давления, устанавливаемого для данной системы.

Рассмотрим два метода расчета теплопроводов:

1. По удельным потерям —раздельное определение потерь давления на трение и местное сопротивление. Диаметры теплопроводов определяют при постоянных перепадах температуры воды во всех стояках и ветвях Δt_ст, равных расчетному перепаду температуры воды во всей системе Δt_сист.

2. По характеристикам сопротивления — устанавливают распределение потоков воды в циркуляционных кольцах системы и получают переменные (неравные) перепады температуры воды в стояках и ветвях. Δt_ст <> Δt_сист. 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) предусматривают запас давления на неучтенные сопротивления (не более 10 %):

∑(Rl + Z)_г.ц.к. = 0,9Δp_{р .} (7.28)

1. До гидравлического расчета выполняют аксонометрическую схему системы со всей запорно-регулирующей арматурой.

Схему составляют после:

- подсчета тепловой мощности системы отопления здания;

- выбора типа отопительных приборов;

- определения их число для каждого помещения;

- размещения на поэтажных планах здания отопительных приборов, горячих и обратных стояков, а на планах чердака и подвала — подающих и обратных магистралей;

- выбора места для теплового пункта или котельной;

- размещения на плане чердака или верхнего этажа расширительного бака и приборов воздухоудаления.

На планах этажей, чердака и подвала горячие и обратные стояки пронумеровывают, на аксонометрической схеме так же нумеруют все расчетные участки труб, а также указывают тепловую нагрузку и длину каждого участка. Сумма длин всех расчетных участков составляет длину расчетного циркуляционного кольца.

2. Выбирают главное циркуляционное кольцо. В тупиковых схемах однотрубных систем это кольцо, проходящее через дальний стояк, а в двухтрубных системах — кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка. Для последнего: ∑l — наибольшая, а Δр_р — наименьшая, тогда Δр_р / ∑l, определяющее давление на 1 м длины, будет наименьшим. При попутном движении воды наиболее неблагоприятное — кольцо, проходящее через один из средних наиболее нагруженных стояков.

3. Определяют расчетное циркуляционное давление Δр_р (5.18).

4. Для предварительного выбора диаметров теплопроводов определяют среднее удельное падение давления по главному циркуляционному кольцу:

R_ст = ((1- k) Δр_р)/ ∑l, (5.29)

где k — коэффициент доли потери давления на местные сопротивления от общего расчетного циркуляционного давления (k = 0,35 — искусственная циркуляция, k = 0,5 —естественная циркуляция); ∑l —длина расчетного циркуляционного кольца, м; Δр_р — расчетное циркуляционное давление. Па.

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

G_уч = 3,6 Q_yч/(с(t_г—t_o)) · β₁ β₂ (5.30)

где Q_yч — тепловая нагрузка участка (тепловая нагрузка приборов, обслуживаемых протекающей по участку водой), Вт; с — теплоемкость воды, кДж/(кг·К); t_г—t_o — перепад температур воды в системе, ^оС; β₁ и β₂ — то же, что (8.8); 3,6 — коэффициент перевода Вт в кДж/ч.

Ориентируясь на полученное R_сp и определив количество воды G_уч, кг/ч, можно подобрать (прил. 6) оптимальные диаметры труб кольца. Результаты расчета заносят в таблицу (табл. 5.2).

При расчете участков теплопровода необходимо иметь в виду:

- 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 расчету с учетом 10% запаса расходуемое давление будет больше или меньше расчетного давления Δр_р, то изменяют диаметры труб.

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

Таблица 5.2. Результаты гидравлического расчета.

По схеме трубопроводов	По предварительному расчету
№ участка	Тепловая нагрузка Q, Вт	Длина участка l, м	Расход теплоносителя Gуч, кг/ч	Диаметр d, мм	Скорость движения теплоносителя w, м/с	Удельная потеря давления R, Па	Потери давления на трение Rl, Па	Сумма коэффициентов местных сопротивлений ∑ζ

По предварительному расчету	По окончательному расчету
Потеря давления в местных сопротивлениях Z	Суммарная потеря давления на участке Rl+Z	d	w	R	Rl,	∑ζ	Z	Rl+Z

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 с постоянными разностями температур в подающей и обратной магистралях.

По (5.30) определяют расход 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:

α = G_пр /G_ст, (5.31)

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

Для однотрубной системы потеря давления в межрадиаторных узлах равна произведению суммарного коэффициента местного сопротивления узла на динамическое давление стояка. Данные о коэффициентах затекания и суммарных коэффициентах местного сопротивления узлов приведены в литературе.

Дата добавления: 2014-01-07