ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
Гидравлическим расчетом трубопроводов систем водяного отопления обосновывается выбор диаметров труб с учетом технико-экономических соображений и условий бесшумности при использовании располагаемой разности давлений на вводе в здание.
Прежде чем приступить к гидравлическому расчету трубопроводов, необходимо: определить тепловую мощность системы отопления и тепловую нагрузку отопительных приборов для отдельных помещений; с учетом параметров теплоносителя выбрать принципиальную схему системы отопления, тип и способ установки отопительных приборов; конструктивно решить систему отопления — на планах здания разместить отопительные приборы, стояки, распределительные и сборные магистрали, воздухосборники и т. д.; в масштабе 1 : 100 вычертить аксонометрическую схему системы отопления; определить расчетное циркуляционное давление Дрр для системы отопления. Как правило, для зданий более двух этажей вычерчивают не аксонометрическую схему системы отопления, а отдельную схему (развертку) стояков с отопительными приборами и аксонометрические схемы распределительных и сборных магистралей (при нижней разводке эти схемы совмещают). Для учета местных сопротивлений на схемах показывают запорно-регулирующую арматуру, устройства для спуска воды и удаления воздуха, компенсаторы, изгибы трубопроводов, за исключением отступов на стояках и уток на ответвлениях к отопительным приборам.
На планах этажей и аксонометрической схеме системы отопления стояки нумеруют по часовой стрелке по периметру здания, начиная с помещения, расположенного в верхнем левом углу плана здания.
На схеме системы отопления нумеруются также расчетные участки трубопроводов циркуляционных колец. Расчетным участком трубопровода считается участок постоянного диаметра с неизменным расходом теплоносителя.
Количество циркуляционных колец в двухтрубной системе водяного отопления равно числу отопительных приборов (отопительные приборы, соединенные на «сцепке» в тепловом и гидравлическом расчете, рассчитываются как один прибор). В однотрубных системах отопления количество циркуляционных-колец равно числу стояков или горизонтальных приборных ветвей.
На схеме системы отопления указывают порядковый номер, а также тепловую нагрузку Q и длину I каждого расчетного участка трубопроводов
Гидравлический расчет трубопроводов, как правило, начинают с основного циркуляционного кольца, после чего рассчитывают остальные кольца. В качестве основного принимают кольцо, для которого отношение расчетной разности давлений Дрр к сумме длин расчетных Участков S I является минимальной величиной.
Для различных систем отопления основное циркуляционное кольцо принимают по-разному: в двухтрубных вертикальных системах водяного отопления оно проходит через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного и удаленного от теплового центра стояка при тупиковой разводке магистралей, а при попутном движении воды в магистралях — через нижний прибор наиболее нагруженного среднего стояка. В однотрубных вертикальных системах отопления основное циркуляционное кольцо проходит при тупиковой схеме через максимально нагруженный из наиболее удаленных от теплового центра стояк, а при попутном движении воды в магистралях — через наиболее нагруженный, средний стояк. В горизонтальных системах отопления основное циркуляционное кольцо назначают по наименьшему значению отношения Арр/Е для циркуляционных колец, проходящих через отопительные приборы нижнего и верхнего этажей.
В процессе гидравлического расчета по вычисленным расходам G и принятым скоростям v воды назначают диаметры d трубопроводов, после чего определяются потери давления Ар на каждом расчетном участке.
При расчете систем отопления с постоянными перепадами температур воды в стояках расход воды G, кг/ч, циркулирующей на расчетном участке, вычисляют по формуле
При расчете систем отопления с переменными перепадами температур воды в стояках расход теплоносителя на участках магистральных трубопроводов определяют суммированием расходов воды в присоединенных к ним стояках. В свою очередь расходы воды в стояках вычисляют по формуле (54), где в качестве At = tp — t0 принимают заданный или определенный в ходе гидравлического расчета перепад температур теплоносителя в стояке.
В результате гидравлического расчета трубопроводов системы отопления, состоящей из п последовательных участков, получают общую потерю давления в циркуляционном кольце, равную суммы потерь давления на этих участках.
При расчете основного циркуляционного кольца следует оставлять запас до 10 % величины Арр на неучтенные расчетом сопротивления, вызванные отступлениями от проекта (дополнительные изгибы трубопроводов в виде отводов, отступов и т. д.), а также возможным частичным сужением или засорением трубопроводов при их изготовлении и монтаже (наплывы металла и шлака на сварочных соединениях, некачественное гнутье труб, выступы внутрь трубы уплотнительного материала и т. д.)..
Если по результатам выполненного гидравлического расчета потери давления в системе будут больше или меньше располагаемой разности давлений с учетом необходимого запаса, то на отдельных участках циркуляционного кольца следует соответственно- изменить диаметры труб.
Величину запаса после выполненного гидравлического расчета основного циркуляционного кольца вычисляют по выражению
Потери давления в циркуляционных кольцах следует увязывать в узловых точках, не учитывая сопротивления общих расчетных участков, входящих в состав сравниваемых колец. Так, при увязке циркуляционных колец правой и левой частей системы отопления, изображенной на рис. 17, узловыми точками являются точки А и А; при увязке циркуляционных колец, проходящих через стояки 2 и -3, узловыми являются точки 3 и 3.
Ввиду ограниченного сортамента труб и наличия больших интервалов между диаметрами при расчете трубопроводов практически не удается добиться того, чтобы располагаемая разность давлений для какой-либо части циркуляционного кольца полностью соответствовала потере давления в ней, в результате чего возникает невязка — расхождение между этими величинами. Величину невязки расходуемых давлений определяют по формуле
В формуле (56) величина Арр представляет собой располагаемую разность давлений для данной части циркуляционного кольца (например,-стоя к а), а Ар — действительную потерю давления в ней.
Согласно СНиП 11-33-75, невязка в потерях давления для систем водяного отопления при ручном способе их расчета не должна превышать ±15 %, а для систем, рассчитываемых на ЭВМ — ±5 %. Однако в проектной практике, как правило, при ручном способе расчета принимают допустимую невязку при тупиковой схеме в размере ±15 %t а при попутном движении воды — ±5 %.
При гидравлическом расчете трубопроводов необходимо стремиться к получению минимальных невязок, так как при этом действительный режим работы системы отопления приближается к расчетному, уменьшается или даже исключается необходимость в монтажной регулировке системы.
Из вышеуказанного вытекает, что наряду с обоснованным выбором диаметров труб задача гидравлического расчета трубопроводов состоит в увязке расходуемых давлений в циркуляционных кольцах с целью обеспечения требуемых расходов воды во всех частях системы отопления.
При выполнении гидравлического расчета трубопроводов необходимо следить, чтобы скорости движения воды и соответствующие, им расходы теплоносителя не превышали предельно допустимых значений (из условия бесшумной работы системы отопления), приведенных в табл. 8.
Минимальные расходы воды для обеспечения нормального удаления воздуха из горизонтальных трубопроводов, проложенных без уклона, и вертикальных трубопроводов при движении теплоносителя сверху вниз, подсчитанные для разных диаметров труб при скорости воды «е 0,25 м/с, приведены в табл. 8.
Потери давления на преодоление сопротивлений трения и местных -сопротивлений. Потерю давления на преодоление сопротивлений трения на участке трубопровода определяют по формуле
К существенному упрощению гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления с принудительной циркуляцией и повышенных скоростях движения теплоносителя приводит допущение об определении потерь давления в них по квадратичному закону. Такое допущение позволяет использовать усредненные, постоянные по величине коэффициенты трения к для каждого диаметра трубы, обеспечивая достаточную точность получаемых результатов.
Усредненные значения коэффициентов трения к широко используются в проектной практике при расчете трубопроводов систем водяного отопления по методу характеристик сопротивления.
Потерю давления в местных сопротивлениях на участке трубопровода Z, Па, определяют по формуле
В сильно разветвленных сетях, какими являются системы водяного отопления, на долю потерь давления в местных сопротивлениях приходится от 35 до 50 % общей потери давления. Поэтому правильный учет коэффициентов местных сопротивлений (к. м. с.) и определение их суммы 21 существенно влияет на точность определения потерь давления на расчетном участке и системы отопления в целом.
Коэффициенты местных сопротивлений выбирают для каждого расчетного участка по аксонометрической схеме трубопроводов, руководствуясь при этом такими правилами: сопротивления тройников
и крестовин, находящихся на стыке двух смежных участков по ходу Движения воды, следует относить к расчетным участкам с меньшим расходом теплоносителя; местные сопротивления отопительных приборов (в двухтрубных системах отопления), котлов, центральных воздухосборников и расширительных баков (при проточной схеме их присоединения) обычно учитывают поровну в каждом примыкающем к ним расчетном участке трубопроводов.
Для каждого расчетного участка трубопровода после выбора к. м. с. Подсчитывают их сумму 2? с использованием справочных данных для определения отдельных величин этих коэффициентов [22, 23, 34]. При применении в системе отопления унифицированных конструктивных узлов целесообразно пользоваться их приведенными к. м. с., определяемыми по формуле (63) и включающими потери давления на трений в трубопроводах данных узлов, что значительно упрощает расчет трубопроводов системы отопления.
Для тройников и крестовин значения к. м. с. зависят от соотношения диаметров примыкающих труб и относительных расходов теплоносителя при слиянии или разделении потоков. Эти значения к. м. с. рекомендуется применять при типовом проектировании, когда требуется тщательная увязка расходуемых давлений, при расчете систем водяного отопления с естественной циркуляцией, особенно квартирных систем отопления. В других случаях используются усредненные значения к. м. с. тройников и крестовин.
