5021
.pdf10
Расчёт начинается с определения гидравлического сопротивления ближнего стояка. Задаются такими диаметрами труб стояка, замыкающих участков и подводок, при которых в нём будет теряться 60...80 % от распола-
гаемого давления в системе отопления (допустима невязка до 15 %): |
|
Рст ≤ (0,6…0,8) Рор. |
(1) |
Расход воды в стояке должен быть больше требуемого минимального |
|
расхода воды для принятого диаметра труб подъемной ветви |
стояка, |
Gст > Gmin. С другой стороны, скорости движения теплоносителя при принятых диаметрах труб стояка не должны превышать максимально допустимые. Значения расходов воды и минимально допустимой скорости приведены в [8] и в приложении 2. Для удаления воздуха из нагревательных приборов верхних этажей скорость движения воды в стояках – не менее 0,2 м/с.
Расход воды в стояке Gст, кг/ч, определяют по формуле:
G |
= |
3,6Qст |
, |
(2) |
|
||||
cт |
|
св tст |
|
|
где Qст – тепловая нагрузка стояка, Вт;
tст – перепад температур воды в стояке (tг – tо ), оС; св = 4,19 кДж/(кг·°С), массовая теплоемкость воды.
Потери давления в стояках определяют по методу характеристик сопротивления. В этом случае потери давления на трение и в местных сопротивлениях на участках трубопроводов стояка Рст, Па, равны:
P |
= SG |
2 . |
(3) |
ст |
|
ст |
|
Характеристика сопротивления участка трубопровода стояка S равна потерям давления в нём при расходе воды 1 кг/ч, Па/(кг/ч)2.
За участок стояка может быть принят укрупненный узел или отрезок трубопровода как с местными сопротивлениями так и без них. Значения S·104, Па/(кг/ч)2, радиаторных узлов и участков стояков приведены в приложении 3. Для узлов стояка, не приведённых в приложении 3, характеристики
11 сопротивления, Па/(кг/ч)2, подсчитываются по формулам:
– для участка трубопровода длиной l:
S = |
λ |
lA = ξ |
|
А; |
(4) |
|
пр |
||||
|
d |
|
|
||
|
|
|
|
||
– для местного сопротивления: |
|
|
|
||
|
|
S = ξA, |
|
(5) |
|
где ξпр = λ l – приведенный коэффициент трения для трубопровода; dв
l – длина участка трубопровода, м;
ξ – коэффициент местного сопротивления;
А – удельное скоростное давление в трубопроводе, возникающее при прохождении 1 кг/ч воды, Па/(кг/ч)2.
Значения А·104 и λ/dв даны в приложении 4. Значения коэффициентов местного сопротивления фасонных частей, арматуры и тройников на ответвлениях стояков от подающего и обратного магистральных трубопроводов приведены в [7, 8].
2.3. Гидравлический расчёт магистральных трубопроводов системы отопления
Используя вычерченную аксонометрическую схему системы отопления, проводят нумерацию участков магистральных трубопроводов. Участком называется отрезок трубопровода определённого диаметра с постоянным расходом теплоносителя. Гидравлический расчёт магистральных трубопроводов проводится по методу удельных потерь давления. Потери давления на трение и в местных сопротивлениях на участке магистрального трубопровода, Па, определяют по формуле:
Руч = Rl + z, |
(6) |
где R – удельные потери давления на трение, Па/м, принимаются по таблицам, приведенным в [8];
12
z – потери давления на преодоление местных сопротивлений, Па.
z = ∑ξ |
v2 |
ρ, |
(7) |
|
|||
2 |
|
|
|
где ∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке;
v2 ρ – динамическое давление, Па, рассчитывается по формуле (7) или опре- 2
деляется по [8];
v – скорость воды в трубопроводе, м/с.
Коэффициенты местных сопротивлений тройников или крестовин относятся к участкам с меньшим расходом воды.
В первую очередь выполняется гидравлический расчёт подающих и обратных трубопроводов от дальнего до ближнего стояка, т.е. участков от точки «а» до «г», а затем от точки «д» до точки «з» (рис. 3).
Ориентировочное давление на этих участках (невязка до ± 15%):
Р |
а−г |
≈ Р |
− Р . |
(8) |
|
ор.уч |
бл.ст |
д.ст |
|
|
д−г |
|
|
|
После увязки потерь давления в полукольцах ближнего, промежуточного и дальнего стояков выполняется гидравлический расчёт подающих и обратных трубопроводов от ближнего стояка расчётной ветви системы (от точки «а» до элеватора и от элеватора до точки «з»):
Р |
эл.а |
≤ (0,2...0,4)Р . |
(9) |
|
ор |
ор |
|
|
з−эл |
|
|
Гидравлический расчет магистральных трубопроводов системы водяного отопления сводится в таблицу (табл.4).
2.4. Увязка потерь давления в полукольцах системы отопления
Потери давления в полукольце через ближний стояк от точки «а» до «з» должны быть равны располагаемому давлению для этого стояка. Потери давления в полукольце через дальний стояк от точки «а» до точки «з» долж-
13 ны быть равны гидравлическому сопротивлению ближнего стояка (допустимая невязка до ± 15%):
Рд.ст + ∑(Rl + z) ≈ Рбл.ст . |
(10) |
Для промежуточного стояка имеет место равенство: |
|
а−б |
|
Рпр.ст + ∑(Rl + z) ≈ Рбл.ст. |
(11) |
ж−г
Влюбой точке деления и встречи потоков теплоносителя расчетной
ветви системы отопления, потери давления должны быть увязаны. Например, в точках «б» и «ж»:
б−г |
|
Рпр.ст ≈ Рд.ст + ∑(Rl + z). |
(12) |
д−ж
Для увязки потерь давления в полукольцах ближнего, промежуточного
идальнего стояков расчетной ветви системы отопления рекомендуется:
–изменять диаметры участков стояков от магистральных трубопроводов до нижних подводок к нагревательным приборам первого этажа;
–проектировать составные стояки (разных диаметров);
–задаваться различными диаметрами магистральных трубопроводов. Потери давления в разных ветвях системы отопления также должны
быть равны. Например, в точках А и Б потери давления через любой стояк левой и правой ветвей системы отопления должны быть увязаны междусобой. В случае невозможности провести увязывание потерь давления допустима установка диафрагм (дроссельных шайб).
2.5. Определение потерь давления в расчетном циркуляционном кольце
Потери давления в самом невыгодном циркуляционном кольце системы отопления (с запасом 10 % на неучтенные потери давления в трубопроводах) Рр, Па, составляют:
|
|
|
эл−г |
|
|
Рр |
=1,1 |
Рд.ст + |
∑(Rl + z) . |
(13) |
|
|
|
|
д−эл |
|
|
14
или
|
|
|
эл−б |
|
|
Рр |
=1,1 Рпр.ст + |
∑(Rl + z) |
(14) |
||
|
|
|
ж−эл |
|
|
или |
|
|
|
|
|
Рр |
|
Рбл.ст + |
эл−а |
|
(15) |
=1,1 |
∑(Rl + z) . |
||||
|
|
|
з−эл |
|
|
Расчетное циркуляционное кольцо определяется наибольшим значением общих потерь давления при увязке полуколец системы отопления через ближний, промежуточный и дальний стояки.
При невозможности увязки потерь давлений в стояках, ветвях системы отопления путем соответствующего подбора диаметров труб следует предусматривать установку диафрагм (дроссельных шайб). Диаметр отверстий ре-
гулирующих диафрагм dд, мм, равен: |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
dд = 2 |
|
G |
|
, |
(16) |
|
|
|
|
||||
|
||||||
|
|
|
Рд |
|
||
где G – расход воды в стояке, кг/ч;
Рд – требуемая потеря давления в диафрагме, мм вод.ст., кг/м2.
Диаметр отверстия шайбы округляют до 0,5 мм в ближайшую сторону. Для уменьшения вероятности засорения отверстия минимальный диаметр его должен быть не менее 3 мм.
По окончании расчета строят эпюру давлений в расчетном полукольце системы отопления (рис. 5).
2.6. Последовательность гидравлического расчета однотрубной системы водяного отопления
На аксонометрической схеме системы отопления выбрать расчетную ветвь. Эта ветвь должна быть наиболее нагруженной по расходу теплоты и удаленной от теплового пункта, включая подающую и обратную магистрали, и выбранный стояк, образующие циркуляционное кольцо.
15 Распределить тепловую мощность системы отопления по всем стоякам
здания, используя данные, полученные при определении тепловой мощности. Задаться ориентировочным располагаемым давлением в расчетной вет-
ви Рр = 10000…15000 Па.
На аксонометрической схеме системы выявить расчетные ближний, промежуточный и дальний стояки.
Определить расчетные расходы воды ближнего, промежуточного и дальнего стояков по формуле (2).
Зная форму расчетных стояков, расчленить их на узлы для нахождения характеристик сопротивления каждого узла по форме таблицы 3.
Задаваясь диаметрами приборных узлов расчетных стояков (15х15х15 мм, 20х15х20 мм, 25х20х25 мм), с учетом минимальных требуемых расходов воды в стояках (приложение 2) находят характеристики сопротивления каждого узла по [8] или по приложению 3.
Суммируя характеристики сопротивлений каждого узла стояка по ходу движения воды, начиная от места врезки стояка в подающую магистраль до места врезки стояка в обратную магистраль системы отопления, получают гидравлическое сопротивление стояка Рст.
По формуле (3) находятся потери давления в стояке Рст. Расчет для трех стояков сводят в таблицу 3. Затем выполняют гидравлический расчет магистральных трубопроводов по способу удельных потерь давления. Расчет проводят в табличной форме (таблица 4).
Магистральные трубопроводы делят на участки. Нумерацию участков рекомендуется начинать от дальнего стояка расчетной ветви по обратной магистрали системы отопления по направлению к элеватору, включая перемычку в элеваторе, а затем от элеватора по подающему трубопроводу магистрали до дальнего стояка. Длину каждого участка в магистрали определяют по схеме системы отопления, соблюдая масштаб.
Диаметры, скорости и удельные потери давления на трение определяют с помощью таблиц гидравлического расчета [9]. Взяв за основу расчетный
16 расход, который необходимо пропустить по данному участку, не превышая
скорости для данного диаметра, по таблице назначают диаметр и выписывают величины: диаметр, скорость и удельную потерю давления на трение.
Находятся линейные потери давления на трение Rl.
Определяются на каждом участке виды и величины местных сопротивлений ξ и заносят в таблицу 4 их графические обозначения и конкретные величины [7]. На каждом участке определяют потери давления z в местных сопротивлениях, пользуясь таблицей II.3 [8].
Сложив линейные и местные потери давления, находятся общие потери давления (Rl+z) на каждом участке.
Гидравлический расчет системы отопления считается законченным, если будет проведена увязка потерь давления в ветвях и полукольцах системы отопления, определены расчетные диаметры магистральных трубопроводов, стояков и подводок к отопительным приборам.
3.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Вкурсовом проекте расчет количества нагревательных приборов выполняется для ближнего, промежуточного и дальнего стояков. Расчет количества секций радиаторов МС-140-108 выполняется по следующей методике.
Определяется температура воды на входе в прибор каждого этажа:
t |
|
= t |
|
− |
3,6∑Q |
пр |
, |
(17) |
н |
г |
|
|
|||||
свGст |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
где tг – температура горячей воды, выходящей из элеватора, оС;
∑Qпр – суммарная тепловая нагрузка приборов, расположенных по ходу движения воды до рассчитываемого этажестояка, Вт;
Gст – расход воды в стояке, кг/ч.
Требуемая поверхность нагрева прибора, м2, равна:
Fпр = |
|
|
Qпр |
|
|
β1, |
(18) |
||
К |
пр |
(t |
н |
− t |
в |
) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
17 где Qпр – тепловая нагрузка прибора, Вт;
Кпр – коэффициент теплопередачи нагревательного прибора, Вт/( м2·°С); tв – температура воздуха внутри помещения, °С;
β1 – поправочный коэффициент, учитывающий бесполезное охлаждение воды в трубах стояка до рассматриваемого прибора, определяется по [8] или приложению 5.
Коэффициент теплопередачи нагревательного прибора МС-140-108 в формуле (18) в курсовом проекте принят постоянным Кпр = 10,92 Вт/(м2оС), как для оптимальных условий эксплуатации. В реальных условиях эксплуатации он несколько ниже. В разделах по отоплению в выпускных бакалаврских квалификационных работах, в работах специалистов и магистров, а также при реальном проектировании значения коэффициента теплопередачи следует уточнять в зависимости от реальных условий эксплуатации нагревательных приборов. Методика расчета действительных значений Кпр приведена в [6 ,12].
Находится площадь труб, проложенных в обслуживаемом помещении Fтр, м2. Полезную теплоотдачу нагревательной поверхности труб этажестояка можно преставить следующим образом (рис. 2): этажестояк d = 20 мм, l = 3,4 м; замыкающий участок d = 15 мм, l = 0,5 м; подводка к прибору d = 20 мм, l
=0,5 x 2 = 1,0 м. Итого с d = 20 мм, l = 4,4 м; с d = 15 мм, l = 0,5 м.
Всоответствии с данными таблицы 1 Fтр = ∑fтр · l = 0,067·0,5 + 0,084·4,4
=0,034 + 0,370 = 0,404 м2.
Таблица 1
Площадь наружной поверхности 1 п. м труб
dу, мм |
fтр, м2 |
15 |
0,067 |
20 |
0,084 |
25 |
0,105 |
Определяется расчетная поверхность нагрева радиаторов с учетом
площади полезной теплоотдачи открыто проложенных труб. |
|
Fр = (Fпр − Fтр ). |
(19) |
18
Рис. 2. Расчетная схема этажестояка |
|
|||||
Количество секций нагревательного прибора (радиатора) равно: |
|
|||||
N = |
Fр β |
2 |
, |
(20) |
||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
fc |
|
β3 |
|
||
где β2 – коэффициент, учитывающий способ установки нагревательного прибора, определяется по [5, 6]; при стандартной установке прибора β2 = 1; β3 – поправочный коэффициент, учитывающий число секций в радиаторе:
β3 = 0,92 + 0,16/ Fр. |
(21) |
Для радиаторов МС-I40-108 можно принимать: при числе секций в радиаторе от 3 до 15 – β3 = 1, от 16 до 20 β3 = 0,98; от 21 до 25 β3 = 0,96.
Площадь одной секции радиатора МС-140-108 fc = 0,242 м2. Номинальный тепловой поток отопительного прибора не следует при-
нимать меньше, чем на 5% или на 60 Вт требуемого по расчету.
4. ПРИМЕР ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ОДНОТРУБНОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ С НИЖНЕЙ РАЗВОДКОЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
4.1. Исходные данные
Выполним расчет системы отопления, изображенной на рисунке 3. Определим количество секций нагревательных приборов ближнего 5-го стояка расчетной ветви системы отопления.
19 В лестничной клетке у нагревательных приборов регулирующую арматуру не
устанавливают. Для удаления воздуха из системы отопления у верхних приборов установлены воздушные краны Маевского. В качестве нагревательных приборов приняты радиаторы типа МС-140-108. Теплоснабжение осуществляется от тепловой сети через элеватор, установленный в ИТП. Параметры теплоносителя в системе отопления 105 – 70 °С.
4.2.Порядок расчета
4.2.1.Подсчитываем суммарную тепловую нагрузку каждого стояка расчетной ветви системы отопления (рис. 3): Qст5 = 15080 Вт; Qст6 = 15080 Вт; Qст7 = 15080 Вт; Qст8 = 20870 Вт. Подсчитываем тепловую нагрузку отдельных ветвей и всей системы отопления.
4.2.2.Задаемся ориентировочным располагаемым давлением в системе Рор = 13000 Па.
4.2.3.Гидравлический расчет по методу характеристик сопротивления начинаем с ближнего 5-го стояка, задаваясь ориентировочным давлением в
нем Рор.5ст = 0,8 · Рор = 0,8 · 13000 = 10400 Па. Расход воды в 5-м стояке по формуле (2):
Gст = |
3,6Qcтт |
= |
3,6 15080 |
= 370 кг/ч. |
4,19(tг − tо ) |
4,19 35 |
По приложению 2 ориентировочно задаемся диаметрами труб стояка, замыкающего участка и подводок к приборам с утками dcт x dзу x dп = 15 x 15 x 15 мм. Диаметры труб стояка выбраны верно, т.к. при d = 15 мм Gcт = 370 кг/ч > Gmin = 170 кг/ч и обратной циркуляции в стояке наблюдаться не будет.
Определяем характеристики сопротивления S·участков 5-го стояка по приложению 3. Расчет сводим в таблицу 2.
Гидравлическое сопротивление 5-го стояка по формуле (3): Рст5 = Sст5 Gст52 = (1373,86 + 1220,54)·10–4 3702 = 35517 Па.
Так как по условию Рст5 ≤ 0,8 · Рор, (ΔРст5 < 10400 Па), а действитель-