книги / Отопление и вентиляция

Для сечения 1—1 трубопровода обратной магистрали определим гидростатические давления воды, действующие на это сечение спра­ ва и слева. Разностью этих давлений будет избыточное цирку­ ляционное давление, под влиянием которого происходит движение воды в замкнутом контуре трубопроводов системы. Давление столба воды справа равно:

Отсюда следует, что располагаемое естественное циркуляционное давление равно разности объемных весов нагретой и охлажденной воды в /сг/ж2, умноженной на расстояние по вертикали между точ­ ками нагрева и охлаждения воды в ж. Однако можно отметить сле­

т. e. располагаемое циркуляционное давле­ ние равно сумме произведений высот точек нагрева и охлаждения на разность объем­ ных весов воды после и до этих точек, счи­ тая по направлению движения воды. Это определение можно распространить и на общий случай, когда в замкнутом контуре трубопровода произвольно расположено

несколько точек нагрева и охлаждения (рис. V.2). В этом общем случае гравитационное циркуляционное давление Я е можно опре­ делить уравнением

п р о в о д о в с п р о и з в о л ь н о р а с п о л о ж е н н ы м и в н е м т о ч к а м и н а г р е в а и о х л а ж д е н и я р а в ­

4В* 91

в о л ь н о п р и н я т ы м у р о в н е м о т с ч е т а на р а з ­ н о с т ь о б ъ е м н ы х в е с о в в о д ы п о с л е и пе ­ р е д э т и м и т о ч к а м и по н а п р а в л е н и ю ц и р к у ­ л я ц и и в о д ы в к о н т у р е .

Определение Не в двухтрубных системах отопления

В двухтрубных системах нагревательные приборы соединены по теплоносителю параллельно. К прибору каждого этажа подходит вода с параметрами tr и уг и уходит с t0 и у0 (рис. V.3). Циркуля­ ционное кольцо через прибор каждого этажа имеет свое значение Не благодаря разным высотам расположе­ Ш ния их над центром котла. Для прибора

I этажа

приборов относительно точки нагрева в тепловом пункте. С этим обстоятельством связаны: трудность гидравлической увязки цир­ куляционных колец приборов разных этажей, а также наблюдаю­ щаяся разрегулировка, гидравлическая и тепловая неустойчивость двухтрубных систем. В связи с этим применение двухтрубных сис­ тем с верхней разводкой ограничено зданиями до четырех этажей и не допускается установка приборов ниже точки нагрева в тепловом пункте.

Определение Не в однотрубных системах отопления

В однотрубных системах нагревательные приборы соединены последовательно по движению теплоносителя, поэтому каждый последующий прибор получает воду с более низкой температурой и большим объемным весом, чем предыдущий (рис. V.4).

Обычно как основной рассматривают контур через участки стоя­ ка и замыкающие участки приборов. Для определения Не в кон­ туре нужно знать температуру воды на всех участках. Для опре­ деления температуры теплоносителя на участках стояка между

92

нагревательными приборами смежных этажей нужно знать доли их теплоотдачи q в общей теплоотдаче стояка, которая принимается за единицу:

шения воды, выходящей из приборов и идущей по стояку, пропор­

В общем случае при большом числе приборов на стояке температура смеси воды /См * в произвольном сечении л; стояка между смежными приборами будет равна:

Зная температуру смеси tCM, легко установить величину грави­ тационного циркуляционного давления. Для этого можно восполь­

Легко убедиться, что эти формулы приводят к одинаковому ре­ зультату. Особенность однотрубных систем в том, что величина Не одна для всего стояка и прямо не связана с отдельными приборами. Это облегчает гидравлическую увязку отдельных колец системы.

93

ное давление от охлаждения воды в трубах важно учитывать при расчете небольших систем с естественной циркуляцией воды. В квартирных системах отопления циркуляция воды происходит в основном под влиянием АЯ, поскольку в этих системах нагре­ вательные приборы обычно не удается расположить выше точки нагрева воды.

В системах с нижней разводкой дополнительное давление АН небольшое, поэтому обычно его не учитывают.

Отметим, что при определении гравитационных давлений в рас­ четах, не требующих высокой точности, возможно воспользоваться следующим упрощением. Разность объемных весов воды при темпе­ ратурах 95 и 70° С равна 15,91 кг/м3. В обычном для водяных систем диапазоне температур можно принять линейную зависимость между объемным весом и температурой, считая, что изменению темпера­ туры на Г соответствует изменение объемного веса на

15-9-1 = 0,64 кг/м3*град.

25

Тогда вместо Ау = — у2 во всех предыдущих формулах можно ввести в расчет Дt — h — ti. имея в виду, что

В инженерных расчетах такая замена допустима и может значи­ тельно облегчить расчет.

Расчетное циркуляционное давление в системах водяного отопления

В системах с естественной циркуляцией расчетное циркуляцион­ ное давление Яр.ц определяется только гравитационными силами, поэтому оно равно:

В системах с искусственным побуждением (насосные системы) Яр.ц определяется по формуле

мать Я „об — давление, создаваемое побудителем циркуляции (на­ сосом или элеватором) при обычной протяженности колец системы около 120 м, равным 1000— 1200 кг/см2. Можно приближенно прини­ мать для систем произвольной протяженности

где 2 / — сумма длин участков расчетного кольца.

Коэффициент Р в (V.16) определяет долю максимального гра­ витационного давления, которую целесообразно учитывать в

95

расчетных условиях. В нормах рекомендуется принимать для двухтрубных систем коэффициент (3 равным 0,7—0,5. Для одно­ трубных систем р = 1,0.

имеем hi = 2 ж, Л2 = 3 ж. Теплоотдача стояка равна 2200 ккал/ч, а прибора II этажа 1200 ккал/ч, поэтому доля теплоотдачи прибора второго этажа q2 равна:

1200

0,545.

Ч ъ ~ 2200

По формуле (V.9) имеем

^см = 95— 0,545 (95— 70°) = 95— 13,6 = 81,4° С.

Далее по формуле (V.12)

Яе = 2•0,64 (81,4— 70) + (2 + 3) 0,64 (95— 81,4) = 72 кг/м2.

ДЯ = 5 и Я р< ц= 72 + 5 = 77 кг/м2.

3.Для систем с искусственным побуждением при длине расчетного

§ 22. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Трубопроводы в системе отопления выполняют важную функцию распределения теплоносителя по отдельным нагревательным при­ борам. Они являются как бы теплопроводами, задача которых со-

96

стоит в передаче определенного расчетом количества тепла каждому прибору. В цодяных системах количество принесенного теплоноси­ телем тепла зависит от его расхода и перепада температуры при охлаждении воды в приборе. Обычно при расчете задают общий для системы перепад температуры теплоносителя и стремятся к тому, чтобы этот перепад был выдержан в двухтрубных системах для всех приборов и для системы в целом; в однотрубных системах — для всех стояков. При известном перепаде температуры теплоносителя по трубопроводам системы должен быть подведен определенный

перепад температуры в отдельных элементах системы может быть разным. Он применяется реже и достаточно сложен. С этим методом расчета можно познакомиться в специальной литературе.

Система отопления представляет собой сильно разветвленную и сложно закольцованную сеть трубопроводов, по каждому участку которой должно проходить расчетное количество воды. Проведение точного расчета такой сети является сложной гидравлической за­ дачей, связанной с решением системы из большого числа нелиней­ ных уравнений, в которые неизвестное входит в степени, величина которой может изменяться от 1 до 2. В инженерной практике эта задача решается методом подбора.

Провести гидравлический расчет сети трубопроводов системы отопления это значит (с учетом располагаемых циркуляционных да­ влений) так подобрать диаметры отдельных участков, чтобы по ним проходили расчетные расходы теплоносителя. Расчет ведется под­ бором с выбором диаметров по имеющемуся сортаменту труб, по­ этому он всегда связан с некоторой погрешностью. Для различных систем и отдельных их элементов допускаются определенные невяз­ ки, которые должны быть выдержаны в расчете.

Потери давления на участках трубопровода

Движение воды в трубопроводах происходит за счет разности давлений от сечений с большим давлением к сечениям с меньшим давлением. Давление теряется на преодоление сопротивления трения по длине труб и местных сопротивлений. В системах водяного отопления доля потерь на трение и в местных сопротивле­ ниях примерно одного порядка, поэтому их необходимо одинаково полно учитывать в гидравлическом расчете. В системе отопления вода циркулирует по замкнутому контуру. Согласно уравнению Бернулли разность давлений АН на протяжении произвольного контура трубопровода системы должна быть равна гидравлическим потерям на трение АЯтр и гидравлическим потерям в местных соп­ ротивлениях Z:

97

OgRe)2’5'

В третьей переходной области (трубы диаметром до 200 мм) зна­ чение чисел Re2 определяется формулой

В переходной области течения Я зависит от Re и kid. и определяется формулой

Переходная область заканчивается границей, которой соответ­ ствуют числа Re3, равные:

Формулы для переходной области были предложены М. И. Кис­ ейным.

В четвертой области шероховатых труб Re >> Re3 (ламинарный пограничный слой не закрывает шероховатость внутренней поверх­ ности трубы) опыты ВТИ подтвердили формулу Никурадзе, ко­ торую в принятых обозначениях можно записать в виде

(V.26)

(1,14 + 2 lg d/k)2

Режим работы систем водяного отопления в основном соответ­ ствует переходной области течения. Учитывая сложность расчета потерь давления на трение по формулам, обычно пользуются таб­ лицами или номограммами. Потери давления на трение АЯтр оп­ ределяют в виде

1 пог. м трубы). Значение R очевидно из формул (V.19), ее разме­ ренность— кг/м2-м. Таблица для определения значения удельной потери давления на трение R (кг/м2-м) в зависимости от скорости v (м/сек) или расхода G (кг/ч) воды, протекающей по трубам раз­ личного диаметра d (мм), приведена в приложении 8 .

Потери давления в местных сопротивлениях обычно обозначают буквой Z. Величину Z можно определить по формуле

V2

99

Этот коэффициент характеризует гидравлические особенности различных местных сопротивлений. Величина £, как это следует из формулы (V.28), равна числу динамических давлений, потерянных проходящим через местное сопротивление потоком. Обычно вели­ чину местного сопротивления относят к динамическому давлению подходящего к местному сопротивлению потока. Если в местном сопротивлении поток на своем пути меняет сечение, то величину коэффициента местного сопротивления относят к динамическому давлению потока в наименьшем сечении. В местных сопротивлениях, расположенных на стыке участков трубопроводов (проход через тройник, крестовину), величину коэффициента местного сопротив­ ления относят к динамическому давлению потока на участке с меньшим расходом.

В приложении 9 даны значения коэффициентов местных сопро­ тивлений для различных элементов системы отопления. Численные значения коэффициентов £, особенно для тройников и крестовин, зависят от абсолютных и относительных величин расходов проходя­ щих потоков и диаметров труб, поэтому приведенные в прило­ жении данные являются приближенными. Их достаточно надежно можно использовать для расчета двухтрубных систем и маги­ стральных участков однотрубных систем. Для расчета стояков однотрубных систем отопления следует пользоваться более полными и точными данными, приведенньцми в справочной литературе по отоплению.

Участком называют часть трубопровода системы, в пределах которой расход и температура теплоносителя, а также диаметр трубы остаются неизменными. На участке может быть несколько местных сопротивлений. Общие гидравлические потери давления

соединенных участках АН равны сумме потерь давления на отдель­ ных участках:

а я = = 2 (Ш + Zh. (V.30) Трубопроводы системы отопления образуют ряд связанных меж­ ду собой параллельных колец; потоки расходятся в отдельных точ­ ках системы, а в других сходятся, образуя как бы полукольца од­ ного замкнутого контура. Перепады давлений, под влиянием ко­ торых происходят движения потоков по каждому из полуколец между общими точками деления и слияния, будут одинаковыми. Так будет в изотермических условиях. На отдельных участках си­ стемы отопления температура воды может быть разной, вследствие чего возникают дополнительные гравитационные давления, которые также расходуются на трение и в местных сопротивлениях трубо­

100