Основные принципы и последовательность гидравлического расчета системы отопления и подбора регулирующих клапанов
Целью гидравлического расчета при условии использования располагаемого перепада давления на вводе и обеспечения бесшумности работы системы отопления является: определение диаметров участков системы отопления; подбор регулирующих клапанов, устанавливаемых на ветках, стояках и подводках отопительных приборов; подбор перепускных, разделительных и смесительных клапанов; подбор балансовых клапанов и определение устанавливаемых при пуске системы гидравлических параметров этих клапанов; подбор типа и типоразмера циркуляционных насосов.
После выполнения гидравлического расчета необходимо составить «Задание на разработку проекта автоматизации системы отопления».
Прежде, чем приступить к гидравлическому расчету, необходимо на схеме системы отопления указать расчетную тепловую нагрузку отопительных приборах, равную тепловой расчетной нагрузке помещения Q4, которую при наличии двух и более отопительных приборов в помещении необходимо разделить между ними.
Затем следует выбрать основное циркуляционное кольцо. Циркуляционное кольцо представляет собой замкнутый контур последовательных участков системы отопления. В однотрубной системе отопления количество циркуляционных колец равно числу стояков или горизонтальных веток, а в двухтрубной - количеству отопительных приборов. Из них в качестве основного расчетного циркуляционного кольца принимают:
- в системах с попутным движением теплоносителя в магистральных теплопроводах: для однотрубных систем - кольцо через наиболее нагруженный стояк, для двухтрубных систем - кольцо через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного стояка. Затем выполняется расчет циркуляционных колец через крайние стояки (ближний и дальний);
- в системах с тупиковым движением теплоносителя в магистральных теплопроводах: для однотрубных систем - кольцо через наиболее нагруженный из самых удаленных стояков, для двухтрубных систем - кольцо через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного из самых удаленных стояков. Затем выполняется расчет остальных циркуляционных колец;
- в горизонтальных системах отопления - кольцо через ветвь нижнего этажа здания.
Следует выбрать одно из двух направлений гидравлического расчета основного циркуляционного кольца.
Первое направление расчета основного циркуляционного кольца выполняется по задаваемой оптимальной скорости движения теплоносителя на каждом участке циркуляционного кольца с последующим определением потери давления в нем и подбором циркуляционного насоса, напор которого обеспечивает преодоление этих потерь. Скорость теплоносителя в горизонтально проложенных трубах следует принимать не ниже 0,25 м/с для удаления воздуха из них. Рекомендуется принимать оптимальную расчетную скорость движения теплоносителя до 0,5...0,7 м/с, но не более максимально допустимой для бесшумности работы системы [4, Приложение П]. Расчет остальных циркуляционных колец проводится на основании результатов расчета основного кольца путем определения располагаемого давления в них и подбора диаметров по ориентировочной величине удельных потерь давления Rcp (методом удельных потерь давления) либо по величине удельной характеристики сопротивления Sy, [5, табл. 10.7], определяемой по [5, форм.( 10.43)]. По такому принципу проводится расчет для систем с местным теплоснабжением, для систем при независимом присоединении к тепловым сетям, для систем при зависимом присоединении к тепловым сетям, но недостаточном располагаемом давлении на вводе тепловых сетей (кроме узлов смешения с элеватором).
Требуемый напор циркуляционного насоса Рт Па, необходимый для подбора типоразмера циркуляционного насоса, следует определять в зависимости от вида системы отопления:
- для вертикальных однотрубных и бифилярных систем по формуле:
Второе направление расчета основного циркуляционного кольца проводится по задаваемой величине располагаемого расчетного циркуляционного давления системы отопления. В данном случае диаметры участков всех циркуляционных колец назначаются по ориентировочной величине удельных потерь давления Rcp (методом удельных потерь давления) либо по величине удельной характеристики сопротивления Syd [5, табл. 10.7], определяемой по [5, форм.( 10.43)]. По такому принципу проводится расчет для систем отопления с естественной циркуляцией, для систем отопления при зависимом присоединении к тепловым сетям: со смешением в элеваторе; при достаточном располагаемом давлении на вводе тепловых сетей со смесительным насосом на перемычке; без смешения при достаточном располагаемом давлении на вводе тепловых сетей.
В этом случае в качестве исходного параметра необходимо определить величину располагаемого циркуляционного перепада давления АРр, которое в системах естественной циркуляцией равно
Рекомендуется следующая последовательность выполнения расчета основного циркуляционного кольца:
1) Кольцо разбивают на последовательные участки Участком называют часть трубопровода циркуляционного кольца постоянного диаметра с постоянным расходом теплоносителя. Участки нумеруют, определяют их длину с точностью 0,1 м, по выражениям (1.12), (1.16), (1.17) вычисляют расчетную тепловую нагрузку участков Qti по формуле (1.19) вычисляют расчетный расход теплоносителя G в расчетном участке.
2) Если выбрано первое направление расчета, то диаметры участков подбираются, задавшись оптимальной скоростью движения теплоносителя, с помощью таблиц гидравлического расчета [5, Приложение II].
3) Если выбрано второе направление расчета, то при использовании метода удельных потерь давления диаметры участков подбираются на основании расчетного расхода G на участке и ориентировочной величине удельных потерь давления Rcp по таблицам гидравлического расчета [S, Приложение II]. При этом величина Rcp является одинаковой для всех участков расчетного кольца. При использовании метода характеристик сопротивления диаметры участков подбираются по величине удельной характеристики сопротивления Syo [5, табл. 10.7], определяемой по [5, формула (10.43)] для каждого участка.
4) Определяют потери давления на отдельных участках АРуч основного циркуляционного кольца и суммарные потери АРсо в нем по формуле:
«Регулируемым участком» является участок, на котором изменяется (регулируется) расход теплоносителя в циркуляционном кольце с помощью дросселирующих клапанов (балансовых, термостатических, регулирующих и др.). В двухтрубных системах отопления таким участком является отопительный прибор с подводками и арматурой и т.п. В однотрубных системах отопления в качестве такого участка может рассматриваться стояк (или однотрубная ветвь горизонтальной системы отопления), если на нем предусматривается установка балансового клапана. Потери давления в стояках должны составлять не менее 70-80% для ближнего стояка и 60% для удаленного стояка от общих потерь давления в циркуляционном кольце за вычетом оборудования теплового пункта и трубопроводов участков, общих для всех циркуляционных колец. Потери давления на «регулируемом участке», Па, расчетного циркуляционного кольца определяются по формуле:
Выбор типоразмера дросселирующего (регулирующего) клапана следует производить по величине его пропускной способности kv, м3/ч. Величина kv выражает объемный расход протекающей через клапан воды плотностью 1000 кг/м3 при создании перепада давления на клапане 1 бар (100 кПа или 0,1 МПа) и является технической характеристикой клапана, по которой производится выбор клапана. Значение kv запорных клапанов в открытом состоянии, смесительных и разделительных клапанов в открытом состоянии, фильтров, термостатических клапанов в максимально открытом регулирующем положении приводится в справочных и паспортных данных, а также в виде расчетных номограмм, общий вид которых показан на рис. 1.10.
Потеря давления ДР, Па, в универсальном термостатическом клапане, в разделительном или смесительном клапане, фильтре, в запорном клапане в открытом состоянии и др. определяется по таблицам гидравлической настройки, по номограмме клапана (рис. 1.10а) или по формуле:
Полученное по формуле (1.28) значение kv уже является достаточным проектным решением без последующего подбора типоразмера клапана, но если по проектному заданию известна фирма-поставщик, то с помощью номограммы, схема которой показана на рис. 1.106, определяется значение п гидравлической настройки клапана, устанавливаемое при пусковой наладке системы отопления.
Суммарную потерю давления дросселирующих устройств «регулируемого участка» основного циркуляционного кольца рекомендуется задавать в размерах (0,3...0,5). Для всех остальных циркуляционных колец значения вычисляются при гидравлической увязке параллельных колец после определения располагаемого давления в них и составляют как правило (0,5...0,8).
Суммарные расчетные потери давления основного циркуляционного кольца могут быть меньше располагаемого циркуляционного перепада давления не более чем на 5... 10%.
