Расчет заключается в подборе диаметров трубопроводов системы отопления таким образом, чтобы при расчетных расходах теплоносителя потери давления во всех циркуляционных кольцах были не более расчетного циркуляционного давления DРр. В качестве расчетной схемы системы используют аксонометрическую схему трубопроводов.
Расчет рекомендуется выполнять в следующем порядке.
1. Выбираются расчетные циркуляционные кольца, главным из которых является кольцо, имеющее наибольшую длину. В реальных проектах проводят расчет всех колец, в учебном проекте достаточно выполнить расчет двух колец – наибольшей и наименьшей длины. На расчетной схеме нумеруют все участки рассчитываемых колец системы. Границами участков являются точки слияния или разделения потоков и точки ожидаемого изменения диаметров. В однотрубных системах отопления стояк со всеми приборами рассматривается как один участок. Следует иметь в виду, что в однотрубной системе отопления общее количество колец равно количеству стояков, в двухтрубной – количеству нагревательных приборов. В двухтрубной системе через наиболее удаленный стояк проходит несколько циркуляционных колец (по числу нагревательных приборов). Расчет выполняется для самого неблагоприятного кольца, проходящего через нагревательный прибор нижнего этажа.
На схеме приводят тепловые нагрузки нагревательных приборов. В курсовом проекте можно не учитывать потери теплоты в трубопроводах, проходящих через неотапливаемые помещения (чердаки, подвалы и др.), так как они существенно снижаются вследствие обязательной теплоизоляции труб. Также не учитываются потоки теплоты, поступающие в отапливаемые помещения от расположенных в них труб (стояков, подводок). Тепловые нагрузки нагревательных приборов принимаются равными теплопотерям помещений, в которых они расположены.
Для всех расчетных участков циркуляционных колец приводят их тепловые нагрузки – сумму тепловых нагрузок нагревательных приборов, к которым подводится или от которых отводится теплоноситель по данному участку Q1,Вт, и длины l, м. Расчет удобно вести в форме таблицы (см. примеры 2 и 3).
2. Расчетные потоки теплоты для участков системы определяются по формуле
Qуч = ΣQ1 β1 β2 + Q2 + Q3, (2.1)
где ΣQ1 – сумма тепловых нагрузок нагревательных приборов, к которым подводится или от которых отводится теплоноситель по данному участку; Q2 и Q3 – потери теплоты от остывания воды в магистралях и поток теплоты в помещение от расположенных в них трубах; β1 и β2 – коэффициенты условий работы прибора (прил. 6).
Как уже было сказано выше, в данном проекте возможно принять Q2 = 0 и Q3 = 0, формула (2.1) тогда приобретает вид
Qуч = ΣQ1 β1 β2. (2.2)
3. Определяется расчетное циркуляционное давление для каждого рассчитываемого кольца DРр, Па.
В системах с естественной циркуляцией
; (2.3)
ΔРе = ΔРе, пр + ΔРе, тр, (2.4)
где DРе – естественное циркуляционное давление в кольце; DРе, пр – давление, возникающее за счет остывания воды в приборах; DРе. тр – то же за счет остывания воды в трубах, DРе. тр учитывают только для систем с верхней разводкой и определяют по справочным данным [4, прил. 4]. В курсовом проекте
DРе. тр принимается 150 Па.
Давление, возникающее за счет остывания воды в приборах, определяется для систем с естественной и насосной циркуляцией по одним формулам. Пример расчетных схем его определения в различных системах дан на рис. 2.7, 2.8.
Для двухтрубных систем водяного отопления (рис. 2.7)
|
|
|
|
| Рис. 2.7. Расчетная схема двухтрубной системы водяного отопления с насосной циркуляцией: 1 – генератор тепла; 2 – насос; 3 – расширительный сосуд; 4 – главный стояк; 5 – нагревательные приборы; буквенные обозначения см. экспликацию к формуле (2.5) | Рис. 2.8. Расчетная схема однотрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией. Обозначения см. на рис. 2.7 |
ΔРе, пр = g h (ρ0 – ρг), (2.5)
где h – расстояние от центра котла или водонагревателя до центра нагревательного прибора в расчетном кольце, м (показано расстояние h до центра прибора на первом этаже, через который проходит наиболее неблагоприятное циркуляционное кольцо); ρ0 и ρг – плотности горячей и охлажденной воды в системе отопления, кг/м3.
Для однотрубных систем водяного отопления при верхней разводке (рис. 2.8)
ΔРе, пр = g hпр(ρ0 – ρг) + g h1(ρ1 – ρг) +
+ g h2(ρ2 – ρг) + …, (2.6)
где hпр – вертикальное расстояние от центра генератора тепла до центра нагревательного прибора первого этажа, м; h1, h2 и т. д. – вертикальное расстояние от центра нагревательных приборов одного этажа до центра приборов следующего этажа, м; rг , r1, r2, .... rо – плотности воды, поступающей в систему, смеси воды на соответствующем участке и охлажденной воды, кг/м3.
Для однотрубных систем водяного отопления при нижней разводке (рис. 2.9) и размещении нагревательных приборов на нисходящей и восходящей частях стояка в формуле (2.6) для участков, соответствующих h1, h2 и т. д., вместо rг подставляют плотности воды на соответствующих участках восходящего стояка
ΔРе, пр = g hпр (ρ0 – ρг) + g h1(ρ4 – ρ1) + g h2(ρ3 –ρ2) + … . (2.7)
Плотности воды определяются в зависимости от ее температуры по справочным данным [4, прил. 3] или по прил. 5. Температуру воды на участках стояка однотрубной системы водяного отопления определяют по формуле
ti = tг – 
, (2.8)
где tг – температура горячей воды, подаваемой в систему отопления, °С; SQi – суммарная тепловая нагрузка приборов на стояке, расположенных выше (ранее) рассматриваемого участка по течению воды, Вт; Dtст – перепад температур теплоносителя на стояке, равный разности (tг – tо), °С ;
Qст – тепловая нагрузка стояка, Вт.
 |
Рис. 2.9. Расчётная схема однотрубной системы водяного отопления с нижней разводкой и насосной циркуляцией. Обозначения см. на рис. 2.7 |
В системах с насосной циркуляцией расчетное циркуляционное давление для каждого рассчитываемого кольца DРр, Па, определяют по формуле
ΔРр = ΔРнас + Е ΔРе, (2.9)
где DРнас – циркуляционное давление, создаваемое насосом или гидроэлеватором, Па; Е – доля естественного давления, которую целесообразно учитывать в расчетах; DРе – естественное давление, вызванное охлаждением воды в системе и определяемое по формуле (2.4).
Обычно принимают DРнас = 10¸12 кПа, Е = 0,4¸0,5 для двухтрубных или Е = 1 для однотрубных систем отопления.
При теплоснабжении от ТЭЦ или ЦТП и использовании гидроэлеватора (см. рис. 2.2) циркуляционное давление также определяется по формуле (2.9), но DРнас рассчитывается как
ΔРнас = 
, (2.10)
где DРс – перепад давлений в подающей и обратной магистралях ТЭЦ, Па, (по заданию); U – коэффициент смешения, представляющий собой отношение массы подмешиваемой охлажденной воды Gп к массе воды, поступающей из тепловой сети в систему Gс, и определяемый по формуле
, (2.11)
где T – температура перегретой воды в подающей магистрали ТЭЦ, °С (по заданию); tг – температура воды, поступающей в систему отопления, °С (обычно принимается 95 °С, в однотрубных системах допускается до
105 °С, в закрытых системах принимается по заданию); t0 – температура воды на выходе из системы отопления, °С, обычно принимаемая равной 70 °С (при подключении к тепловой сети через водонагреватель рекомендуется 60–65 °С).
4. Определяются расходы воды на участках расчетных циркуляционных колец Gуч, кг/ч
, (2.12)
где Qуч – расчетные потоки теплоты на участках, определенные по формуле (2.2), Вт; c – теплоемкость воды, равная 4,2 кДж/(кг × °С).
5. Назначаются предварительные диаметры трубопроводов участков большого циркуляционного кольца. При этом рекомендуется принимать такие диаметры, для которых при расчетных расходах Gуч удельные потери давления на трение R примерно соответствуют среднему значению удельных потерь давления в расчетном циркуляционном кольце Rср
Rср = 0,65 
, (2.13)
где 0,65 – ориентировочная доля потерь давления по длине от общих потерь; DPр – расчетное циркуляционное давление для рассчитываемого кольца по п. 3, Па; S l – суммарная длина участков кольца, м.
Расчет ведется с помощью таблиц или номограммы для гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления (прил. 10).
Отсюда по определенным ранее значениям Gуч и Rср находят диаметры участков, скорости и расчетные удельные потери давления R.
Например, расчетный расход Gуч = 1000 кг/ч, Rср = 1,9 Па/м, по номограмме выбирается диаметр участка d = 70 мм, для которого при заданном расчетном расходе удельные потери давления на участке R = 2,1 Па/м максимально близки значению Rср, скорость движения воды при этом
V = 0,091 м/с.
Аналогичным образом определяют параметры для всех участков кольца. Задачей расчета является подбор таких диаметров трубопроводов, при которых суммарные потери давления всех участков в расчетном кольце S(Rl+Z) будут меньше расчетного циркуляционного давления DРр с запасом до 10–15 %, т. е. должно соблюдаться условие
Σ(Rl + Z) < ΔPp, (2.14)
где l – длины участков, м; Rl – потери давления по длине участков; Z – потери давления в местных сопротивлениях на участках, Па; Rl + Z – суммарные потери давления на участках;
Z = 
, (2.15)
где Sx – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке, принимаемых по прил. 7, 8; r – плотность воды, принимаемая в этом расчете для всех участков равной 980 кг/м3; V – скорость движения воды на участке, м/с.
Комплекс rV2/2 = Pv называется динамическим давлением, он определяется по прил. 10. Формула (2.15) приводится к виду
Z = Σξ Pv. (2.16)
Если с первой попытки не удается выполнить требования неравенства (2.14), следует изменить диаметры трубопроводов на одном или нескольких участках, что приведет к увеличению или уменьшению S(Rl + Z) и позволит добиться выполнения этого условия.
6. Для того чтобы общий расход теплоносителя распределялся по всем стоякам в соответствии с их расчетной нагрузкой, необходимо обеспечить равенство потерь давления при пропуске расчетных расходов теплоносителя во всех кольцах. В курсовом проекте такой расчет выполняется для двух колец – наибольшего и наименьшего.
При сравнении потерь давления общие участки из суммирования исключают и условие имеет вид
Σ(Rl + Z) необщих участков большого кольца » Σ(Rl + Z) необщих участков малого кольца, (2.17)
Невязка может составлять до 15 %. Потери давления на необщих участках малого кольца определяются точно так же, как и для участков большого кольца.
Малое кольцо обычно имеет только один участок, необщий с большим кольцом, – стояк. Путем подбора диаметра этого стояка или изменения диаметров необщих участков большого кольца следует добиться выполнения условия (2.17). Этот процесс увязки облегчается, если изначально при гидравлическом расчете большого кольца назначены такие диаметры участков, при которых потери напора в стояке составили не менее 70 % общих потерь напора в кольце.
Если путем изменения диаметров добиться выполнения условия (2.17) невозможно, допускается выравнивание потерь напора в циркуляционных кольцах за счет установки на малом кольце дополнительного гидравлического сопротивления – диафрагмы, диаметр которой, мм, определяется по формуле
d = 11,3 
, (2.18)
где g – расход теплоносителя, проходящий через диафрагму, кг/ч; DР – потери напора, Па, которые должна создать диафрагма – недоувязанная разница потерь напора в большом и малом кольцах из формулы (2.17).
Пример 2. Конструирование и расчет системы водяного отопления с нижней разводкой и принудительной циркуляцией за счет перепада давлений в сети ТЭЦ.
Исходные данные: жилое здание с теплопотерями по примеру 1. В качестве источника теплоснабжения задана ТЭЦ, теплоноситель – вода с температурами 130–70 °С, давление в подающем трубопроводе – 0,6 МПа, в обратном – 0,5 МПа, т. е. DРс = 0,10 МПа.
Решение. В здании принята однотрубная система водяного отопления с нижней разводкой с параметрами теплоносителя tг = 105 °С, tо = 70 °С. Тепловой узел с гидроэлеватором размещен в подвале здания, подающие и циркуляционные магистрали проложены в подвале вдоль продольных наружных стен с уклоном 0,003 в сторону ввода.
Стояки проложены открыто, в том числе в углах здания. Нагревательные приборы присоединены к восходящим и нисходящим ветвям стояков. В узлах присоединения нагревательных приборов к стоякам предусмотрены смещенные замыкающие участки и краны двойной регулировки типа КРДШ.
В качестве нагревательных приборов использованы чугунные секционные радиаторы МС-140-108. На разветвлениях трубопроводов в качестве запорной арматуры предусмотрены пробковые краны. Для опорожнения стояков в их нижней части предусмотрены тройники с заглушками, для удаления воздуха из системы на приборах верхнего этажа установлены краны Маевского.
Лестничная клетка оборудована самостоятельным стояком с одним нагревательным прибором, присоединенным по проточной схеме. В соответствии с заданным источником теплоснабжения для снижения температуры теплоносителя предусматривается установка гидроэлеватора. Трассировка трубопроводов в подвале и их аксонометрическая схема показаны на рис. 2.10 и 2.11. Для определения циркуляционного давления по формуле (2.11) определяется коэффициент смешения U в элеваторе:
.
По формуле (2.10) определяется для всех колец рассчитываемой системы
МПа 
Па.
Расчет выполняется для кольца, проходящего через стояк 1, так как это самое большое кольцо. Поскольку стояк отапливает угловые помещения, теплопотери этих помещений распределены между двумя радиаторами, причем на радиаторы, присоединенные к восходящей части стояка с более высокой температурой, назначена большая часть тепловой нагрузки. Для определения естественного циркуляционного давления в этом кольце по формуле (2.8) вычисляются температуры трубопровода на характерных промежуточных участках. При этом считается, что остывание воды происходит только в нагревательных приборах, и падение температуры в стояке 35 °С (рис. 2.11).
Рис. 2.10. План подвала (к примеру 2)
Определяются температуры воды на последовательных участках стояка ст. 1 (рис. 2.11)
t1 = 105 – 1500×35 / 7300 = 97,8 °С.
t2 = 105 – 2650×35 / 7300 = 92,3 °С.
t3 = 105 – 5250×35 / 7300 = 79,8 °С.
t4 = 105 – 6100×35 / 7300 = 75,7 °С.
Рис. 2.11. Расчетная аксонометрическая схема (к примеру 2)
По прил. 5 определены соответствующие плотности воды: rг = 954,68 кг/м3; rо = 977,81 кг/м3; r1 = 960,0 кг/м3; r2 = 963,8 кг/м3; r3 = 972,0 кг/м3; r4 = 974,5 кг/м3.
Положение центра теплового узла назначено на 0,5 м выше пола подвала, т. е. расстояние от центра теплового узла до центра прибора 1-го этажа 2,5 м. По формуле (2.7) определяется давление от остывания воды в приборах
DРе. пр = 9,81 ∙ 2,5(977,8 – 954,68) + 9,81 · 2,8(974,5 – 960,0) +
+ 9,81 ∙ 2,8(972,0 – 963,8) = 1190,5 Па.
В связи с тем, что рассчитывается схема отопления с нижней разводкой, давление от остывания воды в трубах не учитывается.
По формуле (2.9) определяется циркуляционное давление в расчетном кольце
DРр = 13700 + 1 ∙ 1190 = 14890 Па.
Выполнена расчетная аксонометрическая схема большого циркуляционного кольца, установлены расчетные участки (рис. 2.11). Расчетный стояк (восходящая и нисходящая ветви) рассматривается как один участок. Дальнейшие расчеты выполнены в табличной форме (табл. 2.1).
Для иллюстрации приводится последовательность расчётов для участка 1–2:
По прил. 6 назначены коэффициенты условий работы приборов b1 = 1,04, b2 = 1,02.
Определяется Qуч по формуле (2.1)
Qуч = 53800 ∙ 1,02 ∙ 1,04 = 57071 Вт.
Определяется G по формуле (2.12)
Gуч = 3,6
= 1405,7 кг/ч.
Для назначения диаметров определяется среднее значение удельных потерь давления по формуле (2.13)
Па/м.
По определённым значениям Rср и Gуч по номограмме (прил.10) выбирается диаметр участка d = 25 мм, определяются параметры: R = 285 Па/м;
V = 0,7 м/с и Pv = 240 Па.
Определяются потери давления по длине на этом участке
R L = 285 ∙ 5,0 = 1425 Па.
Определяется сумма коэффициентов местных сопротивлений по табл. 2.2, å x = 3,5.
Определяются потери давления в местных сопротивлениях на участке по формуле (2.16)
Па.
Определяются общие потери давления на участке
R ∙ L + Z = 1425 + 840 = 2265 Па.
Все данные сводятся в табл. 2.1.
|
Номер участка |
Q1, Вт |
QУЧ, Вт |
G, кг/ч |
L, м |
d, мм |
V, м/с |
R, Па/м |
RL, Па |
Sx |
PV, Па |
Z, Па |
RL + Z, Па |
|
|
Расчёт участка большого кольца |
|||||||||||||
|
1–2 |
53800 |
57071 |
1406 |
5,0 |
25 |
0,7 |
285 |
1425,0 |
3,5 |
240,0 |
840,0 |
2265,0 |
|
|
2–3 |
26900 |
28535 |
703 |
5,5 |
25 |
0,4 |
140 |
770,0 |
3,5 |
78,0 |
273,0 |
1043,0 |
|
|
3–4 |
15500 |
16442 |
405 |
2,0 |
20 |
0,35 |
140 |
280,0 |
3,0 |
60,0 |
180,0 |
460,0 |
|
|
4–5 |
11400 |
12093 |
298 |
3,6 |
20 |
0,27 |
90 |
324,0 |
1,0 |
35,0 |
35,0 |
359,0 |
|
|
5–6 |
7300 |
7744 |
191 |
3,6 |
15 |
0,37 |
190 |
684,0 |
0,5 |
65,0 |
122,5 |
806,5 |
|
|
6–7 |
7300 |
7744 |
191 |
14,8 |
15 |
0,37 |
190 |
2812,0 |
28,7 |
65,0 |
1865,5 |
4677,5 |
|
|
7–8 |
7300 |
7744 |
191 |
3,6 |
15 |
0,37 |
190 |
684,0 |
0,5 |
65,0 |
122,5 |
806,5 |
|
|
8–9 |
11400 |
12093 |
298 |
3,6 |
20 |
0,27 |
90 |
324,0 |
1,0 |
35,0 |
35,0 |
359,0 |
|
|
9–10 |
15500 |
16442 |
405 |
2,0 |
20 |
0,35 |
140 |
280,0 |
3,0 |
60,0 |
180,0 |
460,0 |
|
|
10–11 |
26900 |
28535 |
703 |
5,5 |
25 |
0,4 |
140 |
770,0 |
3,5 |
78,0 |
273,0 |
1043,0 |
|
|
11–12 |
53800 |
57071 |
1406 |
5,0 |
25 |
0,7 |
285 |
1425,0 |
3,5 |
240,0 |
840,0 |
2265,0 |
|
|
Итог: |
14544,5 |
||||||||||||
|
Расчёт участка малого кольца |
|||||||||||||
|
4–9 |
4100 |
4349 |
107 |
11,3 |
25 |
0,5 |
320 |
3616 |
27,8 |
230 |
6394 |
10010 |
|
Таблица 2.1
Гидравлический расчет системы отопления
Таблица 2.2
Описание местных сопротивлений в системе отопления
|
Номер участка |
Диаметрd, мм |
Местное сопротивление |
Обозначение на схеме |
Коэффициент местного сопротивления x |
å x |
|
1–2 |
32 |
Задвижка |
|
0,5 |
3,5 |
|
Отвод 90° |
|
0,5 |
|||
|
Тройник на ответвлении |
|
1,5 |
|||
|
Тройник на проходе |
|
1 |
|||
|
2–3 |
25 |
Вентиль прямоточный |
|
2 |
3,5 |
|
Тройник на ответвлении |
|
1,5 |
|||
|
3–4 |
20 |
Тройник на проходе |
|
1 |
3 |
|
Вентиль прямоточный |
|
2 |
|||
|
4–5 |
15 |
Тройник на проходе |
|
1 |
1 |
|
5–6 |
15 |
Отвод 90° |
|
0,5 |
0,5 |
|
6–7 |
15 |
2 проходных крана |
|
2´2 |
28,7 |
|
2 тройника на проходе |
|
1 |
|||
|
3 радиаторных узла с движением воды снизу вверх, d = 15 – 15 – 15 |
|
5,1´3 |
|||
|
3 радиаторных узла с движением воды сверху вниз, d = 15 – 15 – 15 |
То же |
2,8´3
|
|||
|
7–8 |
15 |
Отвод 90° |
|
0,5 |
0,5 |
|
8–9 |
15 |
Тройник на проходе |
|
1 |
1 |
|
Номер участка |
Диаметрd, мм |
Местное сопротивление |
Обозначение на схеме |
Коэффициент местного сопротивления x |
å x |
|
9–10 |
20 |
Тройник на проходе |
|
1 |
3 |
|
Вентиль прямоточный |
|
2 |
|||
|
10–11 |
25 |
Вентиль прямоточный |
|
2 |
3,5 |
|
Тройник на ответвлении |
|
1,5 |
|||
|
11–12 |
32 |
Задвижка |
|
0,5 |
3,5 |
|
Отвод 90° |
|
0,5 |
|||
|
Тройник на ответвлении |
|
1,5 |
|||
|
Тройник на проходе |
|
1 |
|||
|
4–9 |
15 |
2 тройника на ответвлении |
|
1,5´2 |
9 |
|
Радиатор двухколонный |
|
2 |
|||
|
2 вентиля прямоточных |
|
2´2 |
Расчет системы в данном примере проводится для двух циркуляционных колец. Большое кольцо проходит через стояк 1 (участки 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7 – 8 – 9 – 10 –11– 12), малое – через стояк 2 (участки 1 – 2 – 3 –
4 – 9 – 10 –11– 12).
В итоге потери напора в большом кольце составляют 14544,5 Па, что не превышает расчетного циркуляционного давления DРр = 14890 Па, запас давления составляет 
. Таким образом, работоспособность расчетного кольца системы отопления при назначенных диаметрах в заданных условиях обеспечена.
Проверяем условие уравнения (2.17):
S(Rl + Z)необщих участков большого кольца = 6183 Па;
S(Rl + Z)необщих участков малого кольца = 720 Па.
Невязка составл
Что бы оставить комментарий войдите
Комментарии (0)