Гидравлический расчет систем водяного отопления

Гидравлический расчет выполняется для определения диаметров трубопроводов системы. Правильный выбор диаметров обеспечивает при заданном располагаемом напоре теплоносителя подачу в систему отопления расчетного количества горячей воды, а, следовательно, и необходимого тепла. Так как перемещение теплоносителя по трубопроводам сопровождаются потерей давления, то принцип выбора диаметра может быть формализован в виде:

        (3.1)

где  - располагаемое давление в системе отопления, Па;

     - потери давления в системе отопления, Па.

    Располагаемое давление в системе отопления складывается из двух составляющих:

,

где  - давление, развиваемое насосом (или после элеватора), Па;

 - поправочный коэффициент. Для однотрубных систем - ;

 - естественное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в нагревательных приборах, Па.

Естественное давление определяется по формуле :

, (3.1)

где Q – тепловая нагрузка i –го прибора, Вт;

hi – вертикальное расстояние от центра охлаждения прибора в стояке до центра узла ввода, м.

Давление после элеватора  зависит от коэффициента смещения u и разности давления перед элеватором ( ). (См. график рис. 3.4.1.) [1].

Рис. 3.4.1. Зависимость давления после элеватора от коэффициента смещения при различных ( ).

Коэффициент смещения находится по формуле:

,

где  - температура воды соответственно в наружных тепловых сетях, в подающей и обратной магистралях системы отопления, 0С.

Потери давления в системе отопления (сопротивление системы)  определяются по методике [1,3] и в общем виде выражены формулой:

где  - потери давления на i-ом участке трубопровода постоянного диаметра  и при неизменном расходе теплоносителя .

Суммирование  производится по значениям потерь давления в последовательно соединенных участках, составляющих главное циркуляционное кольцо системы отопления (г.ц.к.). За г.ц.к. принимается цепочка последовательно расположенных трубопроводов по ходу движения теплоносителя, начиная от теплового пункта через расчетный стояк и по обратной магистрали до теплового пункта.

В однотрубных системах циркуляционное кольцо проходит через сам стояк в целом.

За расчетный стояк в системе отопления принимается наиболее загруженный и удаленный от теплового пункта стояк.

Потери давления на участке трубопровода вычисляются как сумма потерь давления на трение  и в местных сопротивлениях z:

.

Потери давления на трение  в трубопроводе диаметром  длиной  можно рассчитать по известным формулам:

   (3.2.)

,

где - коэффициент сопротивления трения;

- скорость движения теплоносителя в трубопроводе, м/с;

- плотность теплоносителя, кг/м3;

- критерий Рейнольдса [1];

K - абсолютная шероховатость материала трубы, мм. Для стали K- мм;

- диаметр трубопровода, мм.

В инженерной практике для вычисления  обычно применяются различные вспомогательные таблицы и номограммы [1, 3, 4], что в значительной степени упрощает расчёты. Формулу (3.2.) представляют в виде:

 (3.3.)

где - удельная потеря давления на трение, Па/м. Определяется по соответствующим таблицам     [1, 3];

- длина трубопровода с постоянным расходом  и диаметром , м.

Так как потери давления зависят от искомого параметра d, то рассматриваемая задача имеет множество решений и для облегчения выбора одного значения d вводят дополнительные ограничения:

- скорость теплоносителя должна находиться в пределах 0,5 – 1,2 м/с;

- значение диаметра должно соответствовать одному из стандартных, устанавливаемых ГОСТом размеров [1,8];

- потери давления в Г.Ц.К. не должны превышать располагаемого давления в системе.

Последнее условие можно легко выполнить, если при определении d ориентироваться на среднее значение потерь давления Rср:

 (3.4)

где  - общая длина Г.Ц.К., м.

Па

Потери давления в местных сопротивлениях  вычисляется по формуле:

   (3.5)

где  - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Местным сопротивлением является: запорно-регулирующая арматура, места поворота и изменение диаметра трубопроводов, нагревательные приборы и т.п. Численные значения коэффициентов z для каждого вида местных сопротивлений приводятся в справочной литературе [1, 3].

Таким образом, общий алгоритм определения  сводится к следующему:

1. Вычерчиваем аксонометрическую схему системы отопления с нагревательными приборами и арматурой, указываем тепловые нагрузки нагревательных приборов.

2. Нумеруем стоянки (Ст.1, Ст.2 и т.д.). Вычисляем тепловые нагрузки на стояки системы отопления и выбираем расчётный стояк. Определяем тепловую нагрузку по стоякам и заносим в табл. 3.2.

Таблица 3.2