Гидравлический расчет системы отопления

Гидравлический расчет системы отопления сводится к определению диаметров трубопроводов, при которых будет обеспечено затекание на каждый участок стояка и прибора расчетного количества теплоносителя при заданном располагаемом давлении.

Последовательность выполнения гидравлического расчеты следующая:

- выбирается и обосновывается схема движения теплоносителя в магистралях системы отопления;

- размещаются стояки, трубопроводы, отопительные приборы в каждом помещении на планах этажей, на планах чердака или подвала (технического подполья) наносятся подающие и обратные магистрали;

- вычерчивается аксонометрическая схема системы отопления в М 1:100;

- выбирается главное циркуляционное кольцо - наиболее неблагоприятный в гидравлическом отношении циркуляционный контур (это кольцо может проходить через самый удаленный отопительный прибор первого этажа, или через наиболее нагруженный прибор);

- главное циркуляционное кольцо разбивается на расчетные участки (участки, на которых не меняется расход воды);

- расчет трубопроводов осуществляется по методу удельных потерь давления, сущность этого метода заключается в том, что по заранее известной величине средних потерь давления на трение при помощи таблиц 6.3 по принятым тепловым нагрузкам или расходу теплоносителя выполняется гидравлический расчет.

Таким образом, потери давления на каждом участке определяются по формуле

где S – удельные потери давления на трение, Па/м;

l – длина участка, м;

Z – потери давления на местных сопротивлениях:

,

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке (см. табл. 6.1). Местные сопротивления тройников, крестовин относятся лишь к участкам с меньшим расходом воды.

- динамическое давление воды, ω – скорость воды, м/с;

ρ – плотность воды, кг/м³.

Таблица 6.1 – Таблица некоторых коэффициентов местных сопротивлений

Элементы системы отопления	ξ при условном проходе труб d, мм
Радиаторы двухколонные
Котлы чугунные	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5
стальные

Продолжение табл.6.1

Элементы системы отопления	ξ при условном проходе труб d, мм
Внезапное расширение
Внезапное сужение	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Отступы	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Компенсаторы: П-образные
Сальниковые	1,5	1,5			0,5	0,5
Отводы: 90° и утки	1,5	1,5			0,5	0,5
двойные узкие
двойные широкие
Скобы
Тройники: на проходе
» ответвлении	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
» противотоке
Крестовины: на проходе
»поворотное
Вентили: обыкновенные
прямоточные				2,5	2,5
Задвижки	-	-	0,5	0,5	0,5	0,5
Краны: проходные					-	-
двойной регулировки				-	-	-
Трехходовой кран: при повороте потока			4,5	-	-	-
при прямом проходе		1,5		-	-	-

Примечание: Более точные значения см. [3, приложения II.2 – II.16].

Расчет начинается с выбора основного циркуляционного кольца.

Основным кольцом считается то, в котором расчетное циркуляционное давление Δр_р приходящееся на единицу длины Σl имело бы наименьшее значение .

В вертикальной однотрубной системе – это кольцо, проходящее через наиболее нагруженный стояк из удаленных от теплового пункта стояков при тупиковом движении воды или через наиболее нагруженный средний стояк при попутном движении воды в магистралях.

В вертикальной двухтрубной системе – это кольцо через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного из удаленных от теплового пункта стояков при тупиковой схеме движения воды или наиболее нагруженного из средних стояков при попутном движении воды.

В горизонтальной однотрубной системе многоэтажного здания основное циркуляционное кольцо выбирают по меньшему значению Δр_р для двух циркуляционных колец через ветви на верхнем и нижнем этажах.

Так же поступают при расчете системы с естественной циркуляцией воды.

После расчета главного циркуляционного кольца, второстепенные кольца рассчитываются в увязки с главным и т.д.

Циркуляционное давление.

В системе отопления расчетное давление для создания циркуляции воды Δр_р определяется следующим образом

- в насосной вертикальной однотрубной системе при качественном регулировании теплоносителя

- в автоматическом, качественно-количественном регулировании

- в насосных двухтрубных и горизонтальной однотрубной системах

- в гравитационных системах

где Δр_е­ – естественное давление;

Δр_н – давление, создаваемое циркуляционным насосом, которое должно быть в диапазоне 10000 15000 Па или 1 1,5 м водного столба. Давление, передаваемое элеватором, принимается в размере 10 кПа, а для небольших систем как , но не более 15 кПа.

Естественное давление.

,

где Δр_{е­ пр} – естественное давление в кольце вследствие охлаждения воды в отопительных приборах:

- вертикальной однотрубной системе при N приборах в стояке

,

где β – поправочный коэффициент (см. табл. 6.5);

g = 9,81;

с = 4187 Дж(кг ·°С) – удельная массовая теплоемкость воды;

Q_i – теплоотдача теплоносителем в помещении

,

где Q_{п i} – теплопотери i-ого помещения;

β ₁, β ₂ – поправочные коэффициенты (см. табл. 7.3 и 7.4);

G_{с т­} – расход воды в стояке, кг/с;

h_i – вертикальное расстояние между условными центрами охлаждения в стояке для i-ого прибора и нагревания (элеватор, котел, точка смещения воды в теплообменнике).

Естественное давление, возникающее в расчетном кольце вследствие охлаждения воды в трубах Δр_{е­ т р} , вычисляется

,

где t_i­, t_{i+ 1} – температура в начале и конце расчетного участка;

h_i – вертикальное расстояние между условными центрами охлаждения i-ого участка и нагревания.

В насосных системах с нижней разводкой величиной Δр_{е­ т р} можно пренебречь.

Плотность воды ρ, кг/м³, при температуре воды 40-90°

° С
	992,24	988,07	983,24	977,81	971,83	965,34
	991,86	987,62	982,72	977,23	971,21	964,67
	994,47	987,15	982,2	976,66	970,57	963,99
	991,07	986,69	981,67	976,07	969,94	963,3
	990,66	986,21	981,13	975,48	969,3	962,61
	990,25	985,73	980,59	974,79	968,65	961,92
	989,82	985,25	980,05	974,29		961,22
	989,4	984,75	979,5	973,68	967,34	960,51
	988,96	984,25	978,94	973,07	966,68	959,81
	988,52	983,76	978,38	972,45	966,01	959,09

Температура воды различных участках стояков, получаемая с учетом охлаждения воды только в приборах, определяется следующим образом, °С;

Температура воды однотрубного стояка на i-ом участке равна:

,

где t _г, t_o – температуры горячей и охлажденной воды в стояке, т.е. на входе и выходе из него;

∑Q_пр – сумма предшествующих данному участку тепловых нагрузок приборов, Вт;

G – тепловая нагрузка стояка;

G_{с т} – расход воды в стояке кг/ч, определяемый по формуле:

,

где Q_{с т} – суммарная тепловая нагрузка всех приборов стояка.

Определяется величина средней ориентировочной удельной потери давления на трение, Па/м:

.

где ∑l - длины всех участков основного расчетного кольца, м.

Затем, используя табл. 6.3 и R_ср­, подбираем по расходу воды на расчетных участках диаметры трубопроводов. Данные гидравлического расчета сводятся в таблицу (см. примеры расчетов 6.1, 6.2, 6.3).

Расход воды на участках подсчитывается по формуле, аналогичной формуле для расхода воды в стояке, но в числителе ставят значение тепловой нагрузки соответствующего участка.

Для систем с постоянно действующими замыкающими участками расход воды в замыкающих участках определяется по формуле:

где G_пр – расход воды в нагревательном приборе, кг/ч;

α – коэффициент затекания воды в прибор (α = G_пр/G_{с т}), определяемый по таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Таблица коэффициентов затекания α

Приборный узел	Присоединение приборов к стояку	Подводка с замыкающим участкам	α
С трехходовым краном	одностороннее двустороннее	- -	1,0 0,5
С проходным краном	одностороннее	смещенная осевая	0,5 0,33
С проходным краном	двустороннее	смещенная осевая	0,2 0,17

При пользовании утками для узла α = 0,33.

Таблица 6.3 для гидравлического расчета трубопроводов системы водяного отопления при t _г = 95ºС, t_о = 70ºС и R = 0,2 мм

Удельные потери давления на трение, R, Па/м	Количество проходящей воды G, кг/ч (над чертой), и скорость движения воды ω, м/с (под чертой) по трубам стальным водогазопроводным (газовым) обыкновенным (ГОСТ 3262-75*) условным проходом d, мм
	16,5
0,023	0,028	0,034	0,041	0,045	0,052	0,6
1,2	17,5
0,025	0,031	0,037	0,045	0,048	0,059	0,067
1,4
0,027	0,034	0,041	0,049	0,052	0,064	0,073
1,6
0,03	0,037	0,045	0,053	0,057	0,069	0,075
1,8
0,031	0,039	0,051	0,054	0,06	0,073	0,082
0,033	0,042	0,054	0,057	0,064	0,078	0,087
2,4
0,037	0,046	0,057	0,062	0,071	0,087	0,096
2,8
0,041	0,05	0,064	0,068	0,077	0,096	0,106

Продолжение табл. 6.3

3,2
0,044	0,058	0,068	0,073	0,083	0,102	0,114
3,6
0,047	0,062	0,071	0,078	0,089	0,108	0,121
0,05	0,065	0,073	0,082	0,094	0,115	0,128
0,057	0,073	0,074	0,093	0,107	0,13	0,145
0,063	0,08	0,082	0,103	0,118	0,114	0,16
0,069	0,086	0,089	0,112	0,126	0,152	0,174
0,082	0,088	0,097	0,12	0,135	0,161	0,787
0,084	0,092	0,103	0,128	0,144	0,171	2,119
0,087	0,097	0,109	0,136	0,151	0,182	0,21
0,093	0,108	0,12	0,149	0,17	0,201	0,23
0,098	0,117	0,131	0,16	0,184	0,218	0,248
0,103	0,126	0,141	0,172	0,197	0,236	0,266
0,108	0,135	0,15	0,184	0,21	0,251	0,284
0,114	0,142	0,161	0,195	0,222	0,265	0,302
0,124	0,157	0,175	0,215	0,245	0,291	0,331
0,135	0,171	0,19	0,233	0,265	0,312	0,35
0,145	0,183	0,202	0,25	0,284	0,334	0,383
0,156	0,195	0,214	0,267	0,304	0,356	0,409
0,164	0,206	0,226	0,284	0,321	0,376	0,433
0,186	0,23	0,257	0,318	0,36	0,422	0,485
0,205	0,25	0,288	0,352	0,393	0,468	0,533

Продолжение табл. 6.3

0,223	0,271	0,308	0,379	0,426	0,504	0,576
0,239	0,29	0,328	0,406	0,458	0,54	0,618
0,255	0,312	0,348	0,43	0,486	0,574	0,655
0,269	0,332	0,369	0,452	0,512	0,605	0,961
0,295	0,362	0,405	0,494	0,563	0,664	0,757
0,318	0,392	0,438	0,537	0,609	0,719	0,81
0,338	0,422	0,471	0,575	0,651	0,77	0,862
0,358	0,451	0,499	0,609	0,963	0,818	0,941
0,377	0,474	0,526	0,643	0,739	0,862	0,967
0,397	0,497	0,553	0,678	0,775	0,904	1,019
0,417	0,52	0,851	0,712	0,801	0,944	1,071
0,436	0,542	0,602	0,739	0,834	0,983	1,124
0,456	0,565	0,623	0,767	0,865	1,020	1,164
0,47	0,584	0,644	0,794	0,896	1,056	1,205
0,484	0,602	0,665	0,821	0,928	1,088	1,244
0,499	0,621	0,686	0,849	0,957	1,124	1,283
0,513	0,64	0,708	0,873	0,986	1,156	1,32
0,527	0,658	0,729	0,896	1,015	1,188	1,356
0,541	0,677	0,754	0,902	1,044	1,29	1,391
0,577	0,714	0,8	0,978	1,073	1,293	1,475
0,612	0,751	0,843	1,031	1,166	1,362	1,555

Продолжение табл. 6.3