Гидравлический расчет системы отопления

 

Гидравлический расчёт трубопроводов системы отопления выполняется по методу характеристик сопротивления с постоянными перепадами температур воды в стояках.

Для гидравлического расчёта из всей системы отопления выбираем наиболее нагруженную ветвь. Её чертёж со всеми необходимыми данными представлен на расчётной схеме в масштабе 1:100.

В связи с тем, что для проектируемой системы отопления не задан определённый располагаемый перепад давлений, гидравлический расчёт начинаем с последнего по ходу горячей воды стояка 1.

Общая методика расчёта методом характеристик сопротивления:

· Определяем тепловые нагрузки всех стояков в системе отопления как сумму общих потерь теплоты отопительных приборов:

 

Для остальных стояков расчёт производится аналогичным образом:

· Определяем расходы воды по стоякам:

t_г- расчетная температура горячей воды в начале подающей

магистрали системы отопления, °С;

t_о- расчетная температура горячей воды на обратной магистрали системы отопления, °С;

β₁- поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную площадь, принимаемых к установке отопительных приборов, в нашем случае β₁=1.02;

β₂- поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные потери теплоты, вызванные размещением отопительных приборов у наружных стен, для нашего случая β₂=1.04;

Значения t_г и t_о принимаем из задания равными соответственно 95 и 70°С.

· Действительные потери давления в стояке рассчитывают по формуле:

- характеристика сопротивления стояка;

· В зависимости от принятого диаметра участка магистрали определяем его характеристику сопротивления:

 

А- удельное динамическое давление в трубопроводе;

L- длина участка трубопровода;

d- диаметр трубопровода;

l- коэффициент трения;

- сумма коэффициентов всех сопротивлений на участке;

· Потери давления на участке магистрали определяются по формуле:

· Располагаемый перепад давлений для второго стояка равен сумме потерь давления в стояке 1, в подающей и обратной магистрали:

· По известным значениям располагаемого перепада давления  и расхода теплоносителя для второго стояка  находим требуемую характеристику сопротивления для данного стояка.

· Задаемся диаметром второго стояка и определяем его действительную характеристику сопротивления. Она должна быть близка к требуемой характеристике сопротивления:

· По расходу воды и полученному значению действительной характеристики сопротивления второго стояка находим действительные потери давления во втором стояке. Невязка давлений располагаемого и действительного не должна превышать 15%:

· Общее гидравлическое сопротивление системы отопления высчитывается по формуле:

 

Расчет стояка 1

Руководствуясь данными табл. 1, принимаем диаметры стояка 1 и радиаторных узлов равными 20 мм.

Таблица 1

Данные для предварительного выбора однотрубных стояков водяного отопления

Условный диаметр стояка dу, мм	Температурный перепад Δt, ˚с	Средние значения величин на стояке
		Расходов воды  Gст, кг/ч	Скоростей воды υст, м/с	Тепловых нагрузок Qст, ккал/ч
15	95-70=25	210-270	0,3-0,4	5250-6750
	100-70=30			6300-8100
	105-70=35			7350-9450
20	95-70=25	450-550	0,35-0,42	11250-13750
	100-70=30			13500-16500
	105-70=35			15750-19250
25	95-70=25	800-1000	0,4-0,49	20000-25000
	100-70=30			24000-30000
	105-70=35			28000-35000

 

Определение полной характеристики сопротивления стояка 1 как суммы характеристик сопротивления:

а) 7 вертикальных этажестояков проточно-регулируемых систем d = 20 мм:

кгс/м² /(кг/ч)²

б) радиаторных узлов верхнего этажа:

  кгс/м² /(кг/ч)²

в) прямых участков труб стояка d=20 мм общей длиной l =7,5+12+0,8=20,3м:

  кгс/м² /(кг/ч)²

г) местных сопротивлений:

- вентиля на подающей магистрали с коэффициентом ξ=10

- пробкового крана на обратной магистрали с ξ=2

- отводов (4 шт.), гнутых под углом 90°, с ξ=1·4=4

- отступов от стояка к магистрали (2 шт.) с ξ=0,5·2=1

- тройников на проход горячей магистрали при G_пр/G_сб = 565,6/1052,7 = 0,53 с ξ=0,5

- тройников на проход обратной магистрали при G_пр/G_сб = 0,53 с ξ=3

Общая сумма составляет ∑ξ=20,5.

  кгс/м² /(кг/ч)²

Таким образом, полная характеристика сопротивления стояка 1:

  кгс/м² /(кг/ч)²

Действительные потери давления в стояке 1:

 

 

Расчет Ст2.

= 1896 кгс/м² G=487,1 кг/ч

 

 Ориентировочный расчёт показывает, что сконструировать стояк 2 из труб одного диаметра так, чтобы его характеристика сопротивления соответствовала требуемой, нельзя. Поэтому конструируем стояк из следующих частей:

· подъёмного участка с радиаторным узлом верхнего этажа диаметром 20мм.

· опускной части с радиаторным узлом верхнего этажа диаметром 15мм.

Подъемная часть(d=20мм):

S₁=6*3.15*10^-4=18,9*10^-4 кгс/м²

радиаторный узел верхнего этажа с d=20мм: S₁₂=1*1.46*10^-4 =1.46*10^-4 кгс/м²

Опускная часть(d=15мм):

S₂=6*13.38*10^-4=80,29*10^-4 кгс/м²

радиаторный узел верхнего этажа с d=15мм: S₂₂=1*5.03*10^-4 =5.03*10^-4

кгс/м²

Прямые участки труб с d=15мм и d=20 мм:

S₃= 0.8*2.89*10^-4 +0.8*0.59*10^-4 +0.49*2.89*10^-4 =8,45*10^-4 кгс/м²

Местные сопротивления:

для подъемной части(d=20мм):

Вентиль на подающей магистрали x=10

Отвод гнутый под углом 90⁰ (1): x=1-для d=20мм

Отступ от стояка к магистрали(1шт) x=0.5

Внезапное сужение x=0.5;

по формуле  , для труб с с d=20мм A=0.325*10^-4 кгс/м², находим:

Для опускной части(d=15мм):

Пробковый кран на обратной магистрали x=3.5

Отвод гнутый под углом 90⁰ (1): x=1.5-для d=15мм

Отступ от стояка к магистрали(1шт) x=0.5;

по формуле  , для труб c d=15мм A=1.08*10^-4 кгс/м², находим

Полная характеристика сопротивления Ст2

S_ст2 =(18,9+1.46+80,29+5.03+8,4+3.9+5.94) *10^-4= 123,92*10^-4 кгс/м²

Расчет действительной потери давления для Ст2:

=∑S*G²

=123,92*10^-4*487,1² =2940 кгс/м²

Невязка давлений

Расчет участка 2-3.

Принимаем диаметр участка d=25 мм

G= 1052,7 кг/ч

Расчет характеристики сопротивления на участке 2-3:

А=0,125 *10^-4 кгс/м²

Расчет потери давления для участка 2-3:

=∑S*G²

Расчет участка 2’-3’.

Принимаем диаметр участка d=25 мм.

G= 1052,7 кг/ч

Расчет характеристики сопротивления на участке 2^’-3^’:

Расчет потери давлений для участка 2^’-3^’

Расчет Ст3.

G _ст3=387,1 кг/ч

Перепад давлений (располагаемый) для Ст3:

Р_ст3= 1896 +103,3+111,6= 2110,9 кгс/м²

Ориентировочный расчёт показывает, что сконструировать стояк 3 из труб одного диаметра так, чтобы его характеристика сопротивления соответствовала требуемой, нельзя. Поэтому конструируем стояк из следующих частей:

подъёмного участка с радиаторным узлом верхнего этажа диаметром 20мм.

опускной части с радиаторным узлом верхнего этажа диаметром 15мм.

Подъемная часть(d=20мм):

S₁=6*3.15*10^-4=18,9*10^-4 кгс/м²

радиаторный узел верхнего этажа с d=20мм: S₁₂=1*1.46*10^-4 =1.46*10^-4 кгс/м²

Опускная часть(d=15мм):

S₂=6*13.38*10^-4=80,28*10^-4 кгс/м²

радиаторный узел с d=15мм: S₂₂=1*5.03*10^-4 =5.03*10^-4 кгс/м²

Прямые участки труб с d=15мм и d=20 мм:

S₃= 0.8*2.89*10^-4 +0.8*0.59*10^-4 +0.79*2.89*10^-4 =5.06*10^-4 кгс/м²

Местные сопротивления:

Для подъемной части(d=20мм):

Вентиль на подающей магистрали x=10

Отвод гнутый под углом 90⁰ (1): x=1-для d=20мм

Отступ от стояка к магистрали(1шт) x=0.5

Внезапное сужение x=0.5;

по формуле  , для труб с с d=20мм A=0.325*10^-4 кгс/м², находим

Для опускной части(d=15мм):

Пробковый кран на обратной магистрали x=3.5

Отвод гнутый под углом 90⁰ (1): x=1.5-для d=15мм

Отступ от стояка к магистрали(1шт) x=0.5;

по формуле  , для труб c d=15мм A=1.08*10^-4 кгс/м², находим

Полная характеристика сопротивления Ст3

S_ст3 =(18,9+1.46+80,28+5.03+5.06+3.9+5.94) *10^-4= 120,57*10^-4 кгс/м²

Расчет действительной потери давления для Ст3:

=∑S*G²

=120,57*10^-4*387,1²= 1806.6 кгс/м²

Невязка давлений

Расчет участка 3-4.

Принимаем диаметр участка d=32 мм.

G= 1439,8 кг/ч

Расчет характеристики сопротивления на участке 3-4:

А=0.04 *10^-4 кгс/м²

Расчет потери давления для участка 3-4:

=∑S*G²

Расчет участка 3’-4’.

Принимаем диаметр участка d=25 мм.

G= 1439,8 кг/ч d=32мм

Расчет характеристики сопротивления на участке 3^’-4^’:

Расчет потери давлений для участка 3^’-4^’

Расчет участка 4-5.

Принимаем диаметр участка d=40 мм.

G= 1859,5 кг/ч

Расчет характеристики сопротивления на участке 4-5:

А=0.0235 *10^-4 кгс/м²

Тройник на проход с поворотом x=1.5

Вентиль x=8

Расчет потери давления для участка 4-5:

=∑S*G²

Расчет участка 4’-5’.

Принимаем диаметр участка d=40 мм.

G= 1859,5 кг/ч

Расчет характеристики сопротивления на участке 4^’-5^’:

Тройник на проход с поворотом x=1.5

Вентиль x=8

Расчет потери давлений для участка 4^’-5^’

=∑S*G²

Расчет участка 5-6.

Принимаем диаметр участка d=50 мм.

G= 2339,5 кг/ч

Расчет характеристики сопротивления на участке 5-6:

А=0.0084 *10^-4 кгс/м²

Тройник на проход с поворотом x=1.5

Вентиль x=7

Расчет потери давления для участка 5-6:

=∑S*G²

Расчет участка 5’-6’.

Принимаем диаметр участка d=50 мм.

G= 2339,5 кг/ч

Расчет характеристики сопротивления на участке 5^’-6^’:

Тройник на проход с поворотом x=1.5

Вентиль x=7

Расчет потери давлений для участка 5^’-6

Гидравлический расчёт однотрубной системы с нижней разводкой при тупиковой схеме сети с постоянными перепадами температуры воды в стояках.