Номограмма для гидравлического расчета стальных трубопроводов отопления

Обновлено: 23.04.2024

Экономичность теплового комфорта в доме обеспечивают расчет гидравлики, её качественный монтаж и правильная эксплуатация. Главные компоненты отопительной системы — источник тепла (котёл), тепловая магистраль (трубы) и приборы теплоотдачи (радиаторы). Для эффективного теплоснабжения необходимо сохранить первоначальные параметры системы при любых нагрузках независимо от времени года.

Перед началом гидравлических расчётов выполняют:

Сбор и обработку информации по объекту с целью:

определения количества требуемого тепла;
выбора схемы отопления.

объёмов тепловой энергии;
нагрузок;
теплопотерь.

Если водяное отопление признаётся оптимальным вариантом, выполняется гидравлический расчёт.

Для расчёта гидравлики с помощью программ требуется знакомство с теорией и законами сопротивления. Если приведенные ниже формулы покажутся вам сложными для понимания, можно выбрать параметры, которые мы предлагаем в каждой из программ.

Расчёты проводились в программе Excel. Готовый результат можно посмотреть в конце инструкции.

Что такое гидравлический расчёт

Это третий этап в процессе создания тепловой сети. Он представляет собой систему вычислений, позволяющих определить:

диаметр и пропускную способность труб;
местные потери давления на участках;
требования гидравлической увязки;
общесистемные потери давления;
оптимальный расход воды.

Согласно полученным данным осуществляют подбор насосов.

Для сезонного жилья, при отсутствии в нём электричества, подойдёт система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (ссылка на обзор).

Основная цель гидравлического расчёта — обеспечить совпадение расчётных расходов по элементам цепи с фактическими (эксплуатационными) расходами. Количество теплоносителя, поступающего в радиаторы, должно создать тепловой баланс внутри дома с учётом наружных температур и тех, что заданы пользователем для каждого помещения согласно его функциональному назначению (подвал +5, спальня +18 и т.д.).

Комплексные задачи — минимизация расходов:

капитальных – монтаж труб оптимального диаметра и качества;
эксплуатационных:
- зависимость энергозатрат от гидравлического сопротивления системы;
- стабильность и надёжность;
- бесшумность.

Для автономного режима применимы 4 метода гидравлического расчёта системы отопления:

по удельным потерям (стандартный расчёт диаметра труб);
по длинам, приведённым к одному эквиваленту;
по характеристикам проводимости и сопротивления;
сопоставление динамических давлений.

Два первых метода используются при неизменном перепаде температуры в сети.

Два последних помогут распределить горячую воду по кольцам системы, если перепад температуры в сети перестанет соответствовать перепаду в стояках/ответвлениях.

Расчет гидравлики системы отопления

Нам потребуются данные теплового расчёта помещений и аксонометрической схемы.

Аксонометрическая схема

Вынесите данные в эту таблицу:

№ расчётного участка	Тепловая нагрузка	Длина
записать	записать	записать

Шаг 1: считаем диаметр труб

В качестве исходных данных используются экономически обоснованные результаты теплового расчёта:

1а. Оптимальная разница между горячим (tг) и охлаждённым( tо) теплоносителем для двухтрубной системы – 20º

1б. Расход теплоносителя G, кг/час — для однотрубной системы.

2. Оптимальная скорость движения теплоносителя – ν 0,3-0,7 м/с.

Чем меньше внутренний диаметр труб — тем выше скорость. Достигая отметки 0,6 м/с, движение воды начинает сопровождаться шумом в системе.

3. Расчётная скорость теплопотока – Q, Вт.

Выражает количество тепла (W, Дж), переданного в секунду (единицу времени τ):

Формула для расчёта скорости теплопотока

4. Расчетная плотность воды: ρ = 971,8 кг/м3 при tср = 80 °С

5. Параметры участков:

Участок	Длина участка, м	Число приборов N, шт
1 - 2	1.78	1
2 - 3	2.60	1
3 - 4	2.80	2
4 - 5	2.80	2
5 - 6	2.80	4
6 - 7	2.80
7 - 8	2.20
8 - 9	6.10	1
9 - 10	0.5	1
10 - 11	0.5	1
11 - 12	0.2	1
12 - 13	0.1	1
13 - 14	0.3	1
14 - 15	1.00	1

Для определения внутреннего диаметра по каждому участку удобно пользоваться таблицей.

зависимость скорости движения воды — ν, с
теплового потока — Q, Вт
расхода воды G, кг/час от внутреннего диаметра труб

Ø 8			Ø 10			Ø 12			Ø 15			Ø 20			Ø 25			Ø 50
ν	Q	G	v	Q	G	v	Q	G	v	Q	G	v	Q	G	v	Q	G	v	Q	G
0.3	1226	53	0.3	1916	82	0.3	2759	119	0.3	4311	185	0.3	7664	330	0.3	11975	515	0.3	47901	2060
0.4	1635	70	0.4	2555	110	0.4	3679	158	0.4	5748	247	0.4	10219	439	0.4	15967	687	0.4	63968	2746
0.5	2044	88	0.5	3193	137	0.5	4598	198	0.5	7185	309	0.5	12774	549	0.5	19959	858	0.5	79835	3433
0.6	2453	105	0.6	3832	165	0.6	5518	237	0.6	8622	371	0.6	15328	659	0.6	23950	1030	0.6	95802	4120
0.7	2861	123	0.7	4471	192	0.7	6438	277	0.7	10059	433	0.7	17883	769	0.7	27942	1207	0.7	111768	4806

Пример

Задача: подобрать диаметр трубы для отопления гостиной площадью 18 м², высота потолка 2,7 м.

расход мощности – 1 кВт на 30 м³
запас тепловой мощности – 20%

Расчёт:

объём помещения: 18 * 2,7 = 48,6 м³
расход мощности: 48,6 / 30 = 1,62 кВт
запас на случай морозов: 1,62 * 20% = 0,324 кВт
итоговая мощность: 1,62 + 0,324 = 1,944 кВт

Находим в таблице наиболее близкое значения Q:

Шаг 2: вычисление местных сопротивлений

Чтобы определиться с материалом труб, необходимо сравнить показатели их гидравлического сопротивления на всех участках отопительной системы.

Факторы возникновения сопротивления:

Расчетным участком является труба постоянного диаметра с неизменным расходом воды, соответствующим проектному тепловому балансу помещения.

Для определения потерь берутся данные с учётом сопротивления в регулирующей арматуре:

длина трубы на расчётном участке/l,м;
диаметр трубы расчётного участка/d,мм;
принятая скорость теплоносителя/u, м/с;
данные регулирующей арматуры от производителя;
справочные данные:
- коэффициент трения/λ;
- потери на трение/∆Рl, Па;
- расчетная плотность жидкости/ρ = 971,8 кг/м3;

технические характеристики изделия:

эквивалентная шероховатость трубы/kэ мм;
толщина стенки трубы/dн×δ, мм.

Для материалов со сходными значениями kэ производители предоставляют значение удельных потерь давления R, Па/м по всему сортаменту труб.

Чтобы самостоятельно определить удельные потери на трение/R, Па/м, достаточно знать наружный d трубы, толщину стенки/dн×δ, мм и скорость подачи воды/W, м/с (или расход воды/G, кг/ч).

Для поиска гидросопротивления/ΔP в одном участке сети подставляем данные в формулу Дарси-Вейсбаха:

Для стальных и полимерных труб (из полипропилена, полиэтилена, стекловолокна и т.д.) коэффициент трения/ λ наиболее точно вычисляется по формуле Альтшуля:

Re — число Рейнольдса, находится по упрощённой формуле (Re=v*d/ν) или с помощью онлайн-калькулятора:

Шаг 3: гидравлическая увязка

Для балансировки перепадов давления понадобится запорная и регулирующая арматура.

проектная нагрузка (массовый расход теплоносителя — воды или низкозамерзающей жидкости для систем отопления);
данные производителей труб по удельному динамическому сопротивлению/А, Па/(кг/ч)²;
технические характеристики арматуры.
количество местных сопротивлений на участке.

Задача: выровнять гидравлические потери в сети.

В гидравлическом расчёте для каждого клапана задаются установочные характеристики (крепление, перепад давления, пропускная способность). По характеристикам сопротивления определяют коэффициенты затекания в каждый стояк и далее — в каждый прибор.

Фрагмент заводских характеристик поворотного затвора

Выберем для вычислений метод характеристик сопротивления S,Па/(кг/ч)².

Потери давления/∆P, Па прямо пропорциональны квадрату расхода воды по участку/G, кг/ч:

В физическом смысле S — это потери давления на 1 кг/ч теплоносителя:

где:

ξпр — приведенный коэффициент для местных сопротивлений участка;
А — динамическое удельное давление, Па/(кг/ч)².

Удельным считается динамическое давление, возникающее при массовом расходе 1 кг/ч теплоносителя в трубе заданного диаметра (информация предоставляется производителем).

Σξ — слагаемое коэффициентов по местным сопротивлениям в участке.

Приведенный коэффициент:

Он суммирует все местные сопротивления:

С величиной:

которая соответствует коэффициенту местного сопротивления с учётом потерь от гидравлического трения.

Шаг 4: определение потерь

Гидравлическое сопротивление в главном циркуляционном кольце представлено суммой потерь его элементов:

первичного контура/ΔPIк ;
местных систем/ΔPм;
теплогенератора/ΔPтг;
теплообменника/ΔPто.

Сумма величин даёт нам гидравлическое сопротивление системы/ΔPсо:

Обзор программ

Для удобства расчётов применяются любительские и профессиональные программы вычисления гидравлики.

Самой популярной является Excel.

Можно воспользоваться онлайн-расчётом в Excel Online, CombiMix 1.0, или онлайн-калькулятором гидравлического расчёта. Стационарную программу подбирают с учётом требований проекта.

Главная трудность в работе с такими программами — незнание основ гидравлики. В некоторых из них отсутствуют расшифровки формул, не рассматриваются особенности разветвления трубопроводов и вычисления сопротивлений в сложных цепях.

HERZ C.O. 3.5 – производит расчёт по методу удельных линейных потерь давления.
DanfossCO и OvertopCO – умеют считать системы с естественной циркуляцией.
«Поток» (Potok) — позволяет применять метод расчёта с переменным (скользящим) перепадом температур по стоякам.

Следует уточнять параметры ввода данных по температуре — по Кельвину/по Цельсию.

Как работать в EXCEL

Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.

Ввод исходных данных

Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

Ячейка	Величина	Значение, обозначение, единица выражения
D4	45,000	Расход воды G в т/час
D5	95,0	Температура на входе tвх в °C
D6	70,0	Температура на выходе tвых в °C
D7	100,0	Внутренний диаметр d, мм
D8	100,000	Длина, L в м
D9	1,000	Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм
D10	1,89	Сумма коэф. местных сопротивлений - Σ(ξ)

Пояснения:

значение в D9 берётся из справочника;
значение в D10 характеризует сопротивления в местах сварных швов.

Формулы и алгоритмы

Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.

Ячейка	Алгоритм	Формула	Результат	Значение результата
D12	!ERROR! D5 does not contain a number or expression	tср=(tвх+tвых)/2	82,5	Средняя температура воды tср в °C
D13	!ERROR! D12 does not contain a number or expression	n=0,0178/(1+0,0337tср+0,000221tср2)	0,003368	Кинематический коэф. вязкости воды - n, cм2/с при tср
D14	!ERROR! D12 does not contain a number or expression	ρ=(-0,003tср2-0,1511tср+1003, 1)/1000	0,970	Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср
D15	!ERROR! D4 does not contain a number or expression	G’=G1000/(ρ60)	773,024	Расход воды G’, л/мин
D16	!ERROR! D4 does not contain a number or expression	v=4G:(ρπ(d:1000)23600)	1,640	Скорость воды v, м/с
D17	!ERROR! D16 does not contain a number or expression	Re=vd10/n	487001,4	Число Рейнольдса Re
D18	!ERROR! Cell D17 does not exist	λ=64/Re при Re≤2320 λ=0,0000147Re при 2320≤Re≤4000 λ=0,11(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000	0,035	Коэффициент гидравлического трения λ
D19	!ERROR! Cell D18 does not exist	R=λv2ρ100/(29,81*d)	0,004645	Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м)
D20	!ERROR! Cell D19 does not exist	dPтр=R*L	0,464485	Потери давления на трение dPтр, кг/см2
D21	!ERROR! Cell D20 does not exist	dPтр=dPтр9,8110000	45565,9	и Па соответственно D20
D22	!ERROR! D10 does not contain a number or expression	dPмс=Σ(ξ)v2ρ/(29,8110)	0,025150	Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2
D23	!ERROR! Cell D22 does not exist	dPтр=dPмс9,8110000	2467,2	и Па соответственно D22
D24	!ERROR! Cell D20 does not exist	dP=dPтр+dPмс	0,489634	Расчетные потери давления dP, кг/см2
D25	!ERROR! Cell D24 does not exist	dP=dP9,8110000	48033,1	и Па соответственно D24
D26	!ERROR! Cell D25 does not exist	S=dP/G2	23,720	Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2

Пояснения:

значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

Оформление результатов

Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:

Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.

Шрифты:

синий — исходные данные;
чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.

Пример от Александра Воробьёва

Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.

Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.

Гидравлический расчет однотрубной и двухтрубной системы отопления с формулами, таблицами и примерами

Гидравлический расчет трубопроводов водяного отопления

Гидравлический расчет систем водяного и парового отопления выполняется с целью определения экономичных диаметров трубопроводов. При этом должно быть обеспечено перемещение расчетного количества теплоносителя в единицу времени по всем циркуляционным кольцам и ветвям отопительной системы.

Порядок гидравлического расчета трубопроводов системы водяного отопления по удельной линейной потери давления:

1. Размещаются на поэтажных планах здания отопительные приборы, подающие и обратные стояки. Выбирается рациональный вариант прокладки магистральных подающих и обратных трубопроводов. Выполняют аксонометрическую (расчетную) схему систем отопления со всей запорно-регулирующей и воздухоудаляющей арматурой. На схеме указывают тепловую мощность каждого отопительного прибора.

На рисунке 2.2. приведен вариант расчетной схемы отопления с горизонтальными стояками одноэтажного здания.

2. Выбирают главное циркуляционное кольцо. В двухтрубных системах за главное принимается кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего от теплового узла (узла ввода) стояка, при горизонтальном расположении стояков – кольцо, проходящее через дальний отопительный прибор. В тупиковых схемах однотрубных систем за главное принимают кольцо, проходящее через дальний стояк.

На приведенной схеме (рис. 2.2) главное циркуляционное кольцо составляют участки аб+бв.

3. Выявляют и нумеруют расчетные участки – участки труб с неизменным расходом теплоносителя, а также указывают тепловую нагрузку и длину каждого участка. Сумма длин всех расчетных участков составляет величину расчетного циркуляционного кольца. На полке- выноске указывают номера участков, в числителе- тепловой поток, проводимый по этому участку, в знаменателе- длину участку.

4. Определяют расчетное циркуляционное давление главного кольца. В системах отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя расчетное циркуляционное давление

где Р_н - давление, создаваемое насосом, Па; Р_е - естественное давление от охлаждения воды в нагревательных приборах и трубопроводах, Па.

Для производственных и малоэтажных жилых и общественных зданий с принудительной циркуляцией теплоносителя естественным давлением от охлаждения воды в приборах и трубопроводах можно пренебречь, так как оно значительно меньше давления, создаваемого насосом [1].

Тогда расчетное циркуляционное давление Р приравнивается давлению насоса Р_н, т.е. Р=Р_н. Расчетное циркуляционное давление рекомендуется определять, исходя из средней потери давления, равной 100 Па на каждый метр наиболее протяженного расчетного кольца [2].

Тогда Р=100∙∑l, где ∑l – сумма длин всех участков главного циркуляционного кольца.

5. Определяют средние значения удельного падения давления на трение в трубопроводах рассчитываемого кольца

где 0,65 – коэффициент, учитывающий долю потери давления на трение от общей потери в трубопроводе; ∑l – общая длина всех участков кольца, м.

6. Определяют расходы теплоносителя на каждом расчетном участке G_уч, кг/ч

где - тепловая нагрузка участка (тепловая мощность всех отопительных приборов, к которым поступает теплоноситель по этому участку), Вт; с - теплоемкость воды кДж/(кг· º С); t₁,t₂ – температура теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, о С; β₁,β₂ – то же, что и в формуле 2.33; 3,6 - коэффициент перевода Вт в кДж/кг.

7. По полученным значениям , кг/ч и R_ср, Па/м с помощью расчетных таблиц (например, приложение 6 [8] и 10[4]) или специальной номограммы (рис. 2.3) подбирают оптимальные диаметры труб расчетного кольца.

По этой же номограмме (или таблицам) определяют скорость движения теплоносителя м/с и фактические удельные потери давления на трение R.

Например, если расход теплоносителя по расчетному участку составляет 400 кг/ч, то при R _ср=65 Па/м условий диаметр трубопровода может быть d= 20 или 25 мм. Если выбрать d= 20 мм, фактически удельные потери давления на участке составляет R=90 Па/м, скорость движения теплоносителя v= -0,32 м/с.

Все данные, полученные при расчете теплопровода, заносят в специальную таблицу (см. табл. 2.11).

Сводная таблица результатов гидравлического расчета трубопроводов систем отопления

№ участка

Тепловая нагрузка, Q_уч, Вт

Расход воды G_уч, кг/ч

Длина участка l,м

Диаметр трубы d ,мм

Скорость движения теплоносителя v ,мс

Удельная потеря давления R,Па/м

потеря давления на трение, R_tl , Па

Сумма коэффициентов местных сопротивлений

Потеря давления в местных сопротивлениях Z, Па

Суммарная потеря давления R_tl+Z

8. Определяют потери давления z, Па, на преодоление местных сопротивлений на каждом расчетном участке:

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассчитываемом участке трубопровода; v – скорость теплоносителя, м/с; ρ – плотность теплоносителя, кг/м 3 .

Ориентировочные значения коэффициентов местных сопротивлений системы отопления приведены в таблице 2.12. При расчете отдельных участков теплопровода местное сопротивление тройников и крестовин относят лишь к расчетному участку с наименьшим расходом теплоносителя; местные сопротивления отопительных приборов, котлов и подогревателей учитывают поровну в каждом примыкающем к ним теплопроводе.

После этого находят общие потери давления Rl + Z на каждом участке и суммарную потерю давления в рассчитываемом кольце. .

Диаметры трубопроводов считаются подобранными правильно, если имеется некоторый (5-10%) запас давления в кольце на неучтенные местные сопротивления и возможные неточности в монтаже системы отопления, т.е должно быть выполнено условие

Если это условие не выполняется, то следует произвести перерасчет (изменить диаметры труб) некоторых участков циркуляционного кольца.

После расчета главного циркуляционного кольца выполняют гидравлический расчет остальных колец. Из них некоторые кольца могут иметь общие расчетные участки с главным циркуляционным кольцом.

Так, например, кольцо а-б-г (рис.2.2) имеет общие расчетные участки №№1…5, 10…13 с главным циркуляционным кольцом, а кольцо а-д не имеет общих участков с ним.

Расчетное (располагаемое) циркуляционное давление кольца а-д равно расчетному давлению главного циркуляционного кольца. Исходя из этого средняя удельная потеря давления на трение в трубопроводах этого кольца по формуле 2.43 составляет

где Р – располагаемое давление, Па ; ∑l_а-д – длина всех расчетных участков кольца а-д.

В системе отопления, приведенной на рис.2.2. Р для кольца а-д равно расчетному циркуляционному давлению главного кольца, м.

Расчетное циркуляционное давление ветви б-г кольца а-б-г, имеющее общие участки с главным циркуляционным кольцом, определяется как сумма потерь давления участков главного циркуляционного кольца, не вошедших в кольцо а-б-г, то есть участков №6…9

где ∑(Rl+ Z)_6…9 – суммарные потери давления на участках № 6…9 главного циркуляционного кольца.

Средняя удельная потеря давления ветви б-г составит

Значение коэффициента местного сопротивления конструктивных элементов систем водяного отопления ( по данным ВНИИГС)

Элемент системы	При диаметре условного прохода D_y,мм
Кран трехходовой КРТ	1,5	-	-	-	-
Кран трехходовой КРТ	4,5	-	-	-	-
Кран трехходовой поворотный КРП	3,5	-	-	-	-
Кран двойной регулировки КРД	-	-	-	-
Кран проходной	3,2	-	-	-
Вентиль прямой	2,5	2,5	-
Задвижка параллельная	-	-	-	-	0,5	0,5	0,5
Отвод под углом 90 0	0,9	0,8	0,6	0,5	0,3	0,3	0,3
Утка гнутая	0,9	0,8	0,7	0,6	0,6	0,6	0,6
Скобка гнутая	2,5	1,2	0,6	0,4	0,4	0,4
Воздухосборник	1,5	Независимо от диаметра труб (относятся к большей скорости)
Внезапное расширение
Внезапное сужение	0,5
Грязевик
Радиатор чугунный секционный	1,3	1,4
Радиатор стальной	2,0	2,0
Тройник:
на проходе
на отверстие	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
на противотоке
Крестовины:
на проходе
на ответвлении
Компенсатор
П-образный

При выполнении расчётов возможны большие расхождения между R_ср и фактическим R, особенно на расчётных участках с малыми расходами. Так как минимальный диаметр трубопроводов отопления составляет 15 мм, то заниженные потери на этих участках должны быть компенсированы завышением потерь давления на других участках или установкой кранов двойной регулировки на последнем отопительном приборе рассчитываемого кольца.Потери давления в разных циркуляционных кольцах не должны различаться более чем на 15%. Неувязка потерь давления, превышающая 15%, может привести к разрегулировке системы с отклонением от расчётных расходов, температуры воды и теплоотдачи отопительных приборов. Рис. 2.2. Расчетная схема двухтрубной отопительной системы одноэтажного здания с горизонтальным расположением стояков

Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления

При проектировании следует расход теплоты системы водяного отопления и расход теплоносителя определять по обязательному приложению 11 (ГОСТ 21.602-79* СПДС. «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Рабочие чертежи.», с. 138). Необходимо также руководствоваться рекомендациями, приведенными в СНиП 2-04.05-86 ( с.17. 25, п. 3.25… 3.63).

Разность давления воды в подающем и обратном трубопроводах для циркуляции воды в системе отопления следует определять с учетом давления, возникающего вследствие разности температур воды. Неучтенные потеря циркуляционного давления в системе отопления следует принимать равными 10% от максимальных потерь давления;

- однотрубных системах водяного отопления потери давления в стояках должны составлять не менее 70% общих потерь давления в циркуляционных кольцах (без учета потерь давления в общих участка;

- невязка потерь давления в циркуляционных кольцах (без учета потерь давления в общих участках), недолжна превышать 5% при попутной и 15% при тупиковой разводке трубопроводов;

- трубопроводы систем отопления следует прокладывать открыто; скрытая прокладка должна быть обоснована;

- в системах отопления следует предусматривать устройства для их опорожнения; в зданиях с числом этажей 4 и более на каждом стояке следует предусматривать краны со штуцерами для присоединения гибких шлангов;

- уклоны трубопроводов воды, пара и конденсата следует принимать не менее 0,002; допускается прокладывать трубопроводы без уклона при скорости движения воды вних 0,25 м/с и более;

- отопительные приборы в лестничных клетках следует размещать на первом этаже и присоединять к отдельным ветвям или стоякам систем отопления по однотрубной проточной, схеме;

- запорную арматуру допускается не устанавливать на стояках c числом, этажей три и менее.

До гидравлического расчета необходимо вычертить аксонометрическую систему отопления с указанием уклонов, запорной арматуры, воздхоудаления в масштабе 1:100.

На аксонометрической расчетной схеме необходимо указать тепловые нагрузки (то есть количество теплоты, отдаваемое каждым нагревательным прибором) и определить самую нагруженную ветвь; далее следует выбрать расчетное циркуляционное кольцо через самый удаленный от ввода нагревательный прибор наиболее нагруженной ветви.

Затем производится гидравлический расчет одного кольца системы водяного отопления или одной ветви парового отопления (в зависимости от принятой система отопления).

Примера расчетов трубопроводов системы водяного и парового отопления приведены в Справочнике по теплоснабжению и вентиляции. Часть I. Под редакцией Шохина Р.В.- Киев: Будивельник, 1976., с. 92…95, 105…109, 146…190, § 39-48.

Результаты расчета следует записать в таблицу 4, форма которой указана ниже.

Рекомендуется следующий порядок заполнения таблицы.

В первой графе записывают номера расчетных участков; во второй – тепловую нагрузку в Вт на соответствующем расчетном участке; в третьей – количество воды в кг/ч, проходящей по участку, или (что то же самое) – тепловую нагрузку в Вт при перепаде температур G_УЧ; в четвертой – длину соответствующего расчетного участка в м; в пятой – диаметр трубопровода расчетного участка в мм; в шестой – скорости движения теплоносителя на расчетном участке в м/с; в седьмой - потерю давления на трение на 1 м длины расчетного участка; в восьмой – потерю давления на трение на всем расчетном участке, что является результатом умножения потери давления на одном метре расчетного участка на длину расчетного участка; в девятой - åx - сумму единиц местных сопротивлений на каждом расчетном участке; в десятой – потерю давления на преодоление местных сопротивлений в Па на каждом расчетном участке.

Вычерчиваем принципиальную аксонометрическую схему системы отопления. На схеме указываем тепловые нагрузки на приборах, на стояках и на ответвлениях к стоякам.

За главное циркуляционное кольцо системы при попутном движении воды в подающей и обратной магистралях принимается кольцо через нижний прибор среднего наиболее нагруженного стояка.

Разбиваем главное циркуляционное кольцо на участки. Нагрузку записываем в числитель дроби около номера каждого участка, в знаменателе проставляем длину участка.

Ø Расход воды определяем по тепловой нагрузке и разности температур теплоносителя в системе:

где Q – тепловая нагрузка участка, Вт.

По полученным значениям расхода по приложению определяем ориентировочные диаметры трубопроводов на участках.

Ø Определяем скорости движения теплоносителя на участках по формуле:

где ρ – плотность воды при данной температуре, кг/м 3 , (см. прил.).

Ø Определяем режим течения теплоносителя и коэффициент гидравлического трения λ:

Определяем число Рейнольца по формуле:

где ν – коэффициент кинематической вязкости жидкости при данной температуре, (см. прил.).

где k_э – коэффициент шероховатости поверхности, для стальных водогазопроводных труб равен 0,4 мм (см. прил.).

Если Re > 10000, то режим течения турбулентный и λ определяется как:

Ø Определяем потери давления на трение:

где l – длина участка, м.

Ø Определяем потери давления на местные сопротивления:

где Σx - сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке трубопроводов, (см. прил.).

Ø Определяем суммарные потери давления на участке и главном циркуляционном кольце:

Система отопления рассчитывается на давление DP = 0,2 атм = 20 КПа. Разница должна составлять не более 5%.

Если при предварительном подборе диаметров это условие не выполняется, необходимо на некоторых участках изменить диаметры. После приступаем к расчету и увязке полуколец через остальные стояки. Невязка не должна превышать 15%.

По этому значению подбираем диаметры участков, добиваясь получения как можно меньшей невязки в потерях давления.

Если и это не помогло , то необходима установка шайбы.

Ø Расчет шайбы производится по формуле:

где G_ст – расход теплоносителя на стояке, кг/ч, где будет установлена шайба,

DP_ш – перепад давления, Па, необходимый для выполнения условия в предыдущем пункте.

Поскольку расчетное число диаметра проходного сечения шайбы получается не целы округляем его до десятых, так как с такой точностью позволяет сделать данное отверстие обычный токарный станок.

Таблица 4

Этажи

Номер участка

Тепловая нагрузка

Длина участка (м)

Расход теплоносителя

Диаметр труб (мм)

Диаметр труб (м)

Температура

Плотность воды

Скорость движения теплоносителя

Коэф-т Кинематической вязкости воды

Рейнольц

Коэф-т гидравл. трения λ

Переходный

Турбулентный

Удельные потери давления, R

Потери давления на трение, Rl

Сумма коэф-ов местных сопротивлений

Потери давления в местных сопротивлениях

Суммарные потери давления на участке

Расчет шайбы

Форма таблицы расчета паропроводов низкого давления почти ничем не отличается от формы, таблицы трубопроводов систему водяного отопления. Различие заключается в отсутствии в нем графа 3, в которой при расчете трубопроводов системы водяного отопления проставляется тепловая нагрузка на расчетном участке при передаче температур в один градус.

При расчете однотрубных систем желательно пользоваться методом характеристик сопротивления. Данный метод подробно изложен на стр. 95 … 101 Богословский ВА и др. Отопление и вентиляция. – М.: Стройиздат, 1980. Суть его заключается в том, что общая потеря на расчетном участке при неизменном расходе и диаметре трубы может быть представлена в виде

- характеристика сопротивления трубопроводов, равная потере давления при расходе теплоносителя

- расход воды в ветви или стояке, кг/ч.

Значение характеристики сопротивления S может быть отнесено к отдельному участку или к части сети из нескольких участков, соединенных между собой последовательно или параллельно.

Метод расчета водяного отопления при помощи характеристик сопротивления труб весьма удобен, так как требует минимума вычислительных операций.

Примеры расчета однотрубных систем методом характеристик можно рассмотреть в Богословский ВА и др. Отопление и вентиляция. – М.: Стройиздат, 1980, с. 146 … 163.

В технико-экономическом расчете необходимо привести сравнение вариантов установки либо нагревательных приборов, либо присоединения системы к тепловым сетям, либо дать конструктивный вариант выбора системы отопления (по усмотрению руководителя).

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:

· 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;

· 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 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.

Данные для предварительного выбора однотрубных стояков водяного отопления

Условный диаметр стояка d_у, мм

Температурный перепад Δt, ˚с

Средние значения величин на стояке

Определение полной характеристики сопротивления стояка 1 как суммы характеристик сопротивления:

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

кгс/м 2 /(кг/ч) 2

б) радиаторных узлов верхнего этажа:

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

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.

Таким образом, полная характеристика сопротивления стояка 1:

Действительные потери давления в стояке 1:

Расчет Ст2.

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.

S₁=6*3.15*10 -4 =18,9*10 -4 кгс/м 2

радиаторный узел верхнего этажа с d=20мм: S₁₂=1*1.46*10 -4 =1.46*10 -4 кгс/м 2

S₂=6*13.38*10 -4 =80,29*10 -4 кгс/м 2

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

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/м 2

для подъемной части(d=20мм):

Вентиль на подающей магистрали x=10

Отвод гнутый под углом 90 0 (1): x=1-для d=20мм

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

Внезапное сужение x=0.5;

по формуле

Для опускной части(d=15мм):

Пробковый кран на обратной магистрали x=3.5

Отвод гнутый под углом 90 0 (1): x=1.5-для d=15мм

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

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/м 2

Расчет действительной потери давления для Ст2:

Расчет участка 2-3.

Принимаем диаметр участка d=25 мм

Расчет характеристики сопротивления на участке 2-3:

А=0,125 *10 -4 кгс/м 2

Расчет потери давления для участка 2-3:

Расчет участка 2’-3’.

Принимаем диаметр участка d=25 мм.

Расчет характеристики сопротивления на участке 2 ’ -3 ’ :

Расчет потери давлений для участка 2 ’ -3 ’

Расчет Ст3.

Перепад давлений (располагаемый) для Ст3:

Р_ст3= 1896 +103,3+111,6= 2110,9 кгс/м 2

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.

S₂=6*13.38*10 -4 =80,28*10 -4 кгс/м 2

радиаторный узел с d=15мм: S₂₂=1*5.03*10 -4 =5.03*10 -4 кгс/м 2

S₃= 0.8*2.89*10 -4 +0.8*0.59*10 -4 +0.79*2.89*10 -4 =5.06*10 -4 кгс/м 2

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/м 2

Расчет действительной потери давления для Ст3:

Расчет участка 3-4.

Принимаем диаметр участка d=32 мм.

Расчет характеристики сопротивления на участке 3-4:

А=0.04 *10 -4 кгс/м 2

Расчет потери давления для участка 3-4:

Расчет участка 3’-4’.

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.

Расчет характеристики сопротивления на участке 4-5:

А=0.0235 *10 -4 кгс/м 2

Тройник на проход с поворотом x=1.5

Расчет потери давления для участка 4-5:

Расчет участка 4’-5’.

Расчет характеристики сопротивления на участке 4 ’ -5 ’ :

Расчет потери давлений для участка 4 ’ -5 ’

Расчет участка 5-6.

Принимаем диаметр участка d=50 мм.

Расчет характеристики сопротивления на участке 5-6:

А=0.0084 *10 -4 кгс/м 2

Расчет потери давления для участка 5-6:

Расчет участка 5’-6’.

Расчет характеристики сопротивления на участке 5 ’ -6 ’ :

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.

Читайте также: