ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОПРОВОДОВ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ, ВЕРХНЕЙ РАЗВОДКОЙ И ТУПИКОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВОДЫ В МАГИСТРАЛЯХ
Гидравлическому расчету любой системы отопления должна предшествовать определенная подготовительная работа, которая складывается из следующих этапов.
1. Подсчитываются теплопотери каждого отапливаемого помещения и в соответствии с принятой схемой системы отопления на планах этажей здания расставляются отопительные приборы и стояки (рис. 5.4).
2. Сообразуясь с местом расположения теплового пункта и со схемой системы отопления, намечаются места прокладки магистралей на чердаке здания. Магистральные теплопроводы па чердаке при расположении их по периметру здания должны прокладываться с удалением от наружных стен примерно на 1,5 м (рис. 5.5). Разводящие магистрали целесообразно прокладывать по середине здания, когда ширина последнего меньше 10 м (рис. 5.6). При трассировке магистралей тупиковых систем необходимо стремиться, чтобы отдельные ветви системы имели примерно одинаковую тепловую нагрузку и небольшую протяженность. Для этого главный стояк желательно располагать в середине здания.
Прокладку обратных магистралей предусматривают в подвале, техническом подполье ил в подпольных каналах (рис. 5.7), размеры которых должны позволять удобное размещение и монтаж труб. Обратные магистрали веток должны объединять те же стояки, что и подающие магистрали.
Каждому стояку присваивается определенный номер, а отдельные ветки системы обозначаются буквами.
3. Вычерчивается схема теплопроводов системы в аксонометрической проекции (допускается развернутая схема), на которой показываются все отопительные приборы и запорно-регулировочная арматура. Уклоны теплопроводов показываются стрелками с указанием их величины и направления. Часть такой схемы представлена на рис. 5.8.
4. На аксонометрической схеме, являющейся одновременно и рабочей расчетной схемой, проставляются тепловые нагрузки приборов и каждого участка теплопровода.
После такой подготовительной работы производят гидравлический расчет теплопроводов, для чего определяют циркуляционное кольцо, являющееся наиболее нагруженным и наиболее удаленным от главного стояка, т. е. находящееся в наиболее неблагоприятных условиях. Все участки этого циркуляционного кольца нумеруются, начиная с участка, идущего от теплового пункта или места ввода теплоносителя в здание и кончая участком теплопровода, по которому вода возвращается в тепловой пункт. Номера участков, их тепловую нагрузку и длины заносят в графы 1, 2 и 4 специальной таблицы гидравлического расчета теплопроводов (см. табл. 5.2).
Последовательность и порядок гидравлического расчета теплопроводов системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя при расчетных параметрах его 95...70°С рассмотрим на конкретном примере. Расчет будем производить способом удельных потерь на трение, которым, как это было отмечено в гл. 4, при определении потерь на трение учитываются условия движения жидкости и соответствующие им К.
Пример. Для расчета принимаем схему (рис. 5.8), на которой нанесены тепловые нагрузки н длина для каждого участка, а номерами участков с 1-го по 13-й обозначено циркуляционное кольцо, находящееся в наиболее неблагоприятных условиях. Отопительные приборы присоединяются к стоякам напрямую без уток. Значения тепловых нагрузок участков и их длину заносим в расчетную таблицу. Полная длина циркуляционного кольца 85 м.
Пользуясь таблицами для расчета теплопроводов (см. приложение IX) и полученной величиной R, находим в таблицах величину расхода первого участка, равную 2770 кг/ч. Так как того такого значения в таблицах не встречаем, то, интерполируя, находим, что для пропуска этого расхода по трубе Dy80 мм удельная потеря на трение будет 3,7 Па/м при скорости теплоносителя 0,146 м/с. Эти данные заносим в графы 5, 6 и 8 табл. 5.2.
Аналогичным образом поступаем со всеми участками и получаем значения диаметров труб для всех участков циркуляционного кольца. Проведенный подбор диаметров является предварительным.
Так как известны скорости теплоносителя на всех участках, то, пользуясь приложением III, заполняем графу 9 табл. 5.2. Значения рд для скоростей, точных значений которых в таблице нет, получаем интерполяцией.
Следующий этап расчета — выявление местных сопротивлений на участках и определение коэффициентов местных сопротивлений для них.
Имеющиеся па участках местные сопротивления, учтенные при расчете, следует заносить в графу 13 табл. 5.2 условными обозначениями. При этом следует помнить, что местные сопротивления в узловых точках относятся к тем участкам, по которым идут меньшие расходы теплоносителя (имеют меньшие тепловые нагрузки).
Для первого участка учитываем следующие местные сопротивления:
Аналогично учитываем местные сопротивления для последующих участков. Учтенные местные сопротивления показаны условными обозначениями в графе 13 табл. 5.2.
Как было отмечено в § 4.2, значения коэффициентов местных сопротивлений являются величинами, зависящими либо от скорости воды, либо от соотношений диаметров ствола и прохода или ствола н ответвления, и от величины коэффициента затекания. При решении настоящего примера пользуемся усредненными значениями ?, которые даны в приложениях V и VI.
Попутно рассмотрим вопрос о месте расположения кранов двойной регулировки, устанавливаемых у отопительных приборов в целях регулирования их теплоотдачи.
Обычно эти краны устанавливаются иа горячей подводке. Однако при таком расположении крана регулирование теплоотдачи отопительного прибора осуществлено быть не может, так как даже при полном закрытии крана циркуляция теплоносителя будет происходить через нижнюю обратную подводку и отопительный прибор будет в достаточной мере снабжаться водой нз обратного стояка.
При установке крана на нижней обратной подводке можно достичь регулирования теплоотдачи прибора вплоть до полного его отключения. Но даже н в этом случае циркуляция воды будет происходить через верхнюю подводку, и верх отопительного прибора, хотя и в незначительной степени, но прогреется. Поэтому для обеспечения возможности регулирования теплоотдачи радиаторов запорно-регулировочную арматуру следует устанавливать на нижней подводке радиатора вне зависимости от того, будет эта подводка горячей или обратной.
После определения коэффициентов местных сопротивлений по участкам находят величину потерь давления в местных сопротивлениях, суммарные потери давления на участках н в целом по циркуляционному кольцу. В результате этих расчетов в табл. 5.2 оказываются заполненными все графы.
Общая потеря давления в циркуляционном кольце оказалась равной 547,8 Па, т. е. потеря давления в кольце меньше располагаемого перепада давления на 11,2 Па, или на 2,0 %.
Такой результат получается не всегда. Зачастую оказывается, что потерн давления в кольце бывают значительно больше или меньше располагаемого давления. В этих случаях следует изменить диаметр теплопровода на одном или нескольких участках и путем таких изменений всегда можно достичь требуемого результата, который должен выражаться зависимостью
Подводки к отопительному прибору, присоединенному параллельно с прибором рассмотренного циркуляционного кольца, принимаем такими же, как и на участках 7 и 8, так как тепловые нагрузки одинаковы.
Для окончания расчета теплопроводов стояка 6 рассмотрим циркуляционное кольцо через отопительный прибор второго этажа.
Естественное давление для прибора второго этажа, середина которого расположена на 6 м выше точки отсчета, выразится значением
Добавочная разность давления от остывания воды в трубах будет такая же, как и для первого этажа,— горизонтальное протяжение системы и расстояние от главного стояка те же. Следовательно, Дре.тр=150 Па и располагаемая разность давлений для расчета рассматриваемого циркуляционного кольца выразится величиной
Располагаемую разность давлений для расчета участков 14, 15 и 16 можно найти иным путем. Интересующие нас участки включены в системе отопления параллельно с уже рассчитанными участками 6, 7 и 8, а значит, и потеря давления в них должна быть равна потере давления на участках 6, 7 и 8, которая выражается величиной 58,8 Па.
Вследствие того что прибор второго этажа расположен на 3 м выше прибора первого этажа, в циркуляционном кольце прибора второго этажа располагаемая разность давлений увеличится на естественное давление, соответствующее этой высоте, т. е. на величину (с учетом запаса 10 %)
Расчет этих участков приведен в табл. 5.2. В итоге расчета имеем, что при указанных в таблице диаметрах теплопроводов потеря давления на участках 14, 15 и 16 составляет 310,1 Па, т. е. затраченное давление меньше располагаемой разности давлений на 172,7 Па. Эта невязка устраняется в период пуска и наладки системы крапом двойной регулировки, устанавливаемым у прибора.
Переходим к расчету стояка 5.
Рассмотрим циркуляционное кольцо через прибор первого этажа, в которое входят участки с 1 по 4, с 17 по 21 и с 10 по 13.
Естественное давление для циркуляционных колец приборов первого этажа подсчитано ранее: 471 Па. Дополнительное давление от охлаждения воды в трубах с учетом горизонтального расстояния от стояка 5 до главного стояка Дре тр = -100 Па.
Разность давлений, которой располагаем для расчета кольца, с учетом запаса па неучтенные потерн
Руководствуясь величиной R, по таблицам подбираем диаметры участков.
Произведенный расчет ветки системы водяного отопления с естественной циркуляцией и тупиковым движением теплоносителя в магистралях является в определенной степени приближенным, так как при определении действующих давлений в кольцах принималось ориентировочное усредненное значение дополнительного давления от охлаждения воды в трубах и усредненные значения коэффициентов местных сопротивлений.
В действительности, после проведения такого расчета, когда определены диаметры труб на каждом участке, следовало бы провести тепловой расчет теплопроводов, определив тем самым температуру воды в характерных точках и точное значение дополнительного давления, вызванного ее охлаждением, а также уточнить значения коэффициентов местных сопротивлений с учетом скоростей движения теплоносителя и количественного распределения его в местах разделения или слияния потоков и пр.
Однако практика эксплуатации систем отопления показывает, что проведенный выше расчет вполне достаточен для нормальной работы системы отопления и выполнения ею тех задач, для которых она предназначается, если осуществлена надлежащая монтажная регулировка в период запуска системы. Необходимо также иметь в виду, что системы отопления с естественной циркуляцией имеют возможность саморегулирования, благодаря чему небольшие неточности расчета не отражаются на работе системы.
