Гидравлический расчет однотрубной проточно-регулируемой системы водяного отопления с верхней разводкой в трехэтажном жилом доме

Исходные данные:
Вариант 1.
ΔPн= 4 кПа, Q = 800 Bт, h = 2,3 м, l = 2 м, tг = 95 оС, tо = 70 оС.
Рис.1. Расчетная ветвь однотрубной регулируемой системы.
Порядок расчета:
1. Выбираем в системе отопления основное циркуляционное кольцо. В однотрубной системе, с тупиковым движением воды в магистралях, оно проходит через дальний, но достаточно нагруженный стояк самой нагруженной ветви (стояк 3 на рис. 1).
Расход воды в данном стояке рассчитываем по формуле для однотрубной системы:
G = α3600Qcтβ1β4Cв(t'г-to), кг/ч,
Где α – коэффициент затекания воды в прибор (при проточно-регулируемой схеме и одностороннем присоединении к стояку α = 1),
Qcт – суммарные теплопотери помещений, обслуживаемых этим стояком, Вт,
β1 – поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери, связанный с размещением отопительных приборов у наружных ограждений (для чугунных приборов β1= 1,02),
β4 – поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную, сверх расчетной, площадь принимаемых к установке приборов (для радиатора М 140АО β4 = 1,06,
Св – удельная теплоемкость воды, Св = 4187 Дж/(кгоС),
t'г – температура теплоносителя на входе в стояк, оС,
tо – расчетная температура охлажденного теплоносителя в системе, оС.
G =1*36001200+1040+1440*1,02*1,064187*(95-70) = 137 кг/ч.
2. Давление, создающее циркуляцию воды, в однотрубной системе определяем по формуле:
ΔРр = ΔРн + ΔРе.пр + ΔРе.тр, Па,
Где ΔРе.пр, ΔРе.тр – естественное циркуляционное давление, возникающее в следствие охлаждения воды, соответственно в отопительных приборах и трубах системы, Па.
С учетом размеров стояка 3, естественное циркуляционное давление в основном кольце вычисляем по формуле:
ΔРе.пр = 3600*βg*β1*β4Св*Qcт inQihi , Па,
Где β – среднее увеличение плотности воды при понижении ее температуры на 1оС (при tг = 95 оС и tо = 70 оС, β = 0,64 кг/м3),
g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2,
Qihi, - произведение тепловой нагрузки i-того прибора стояка на вертикальное расстояние от его условного центра охлаждения (в проточно-регулируемой системе – центр прибора) до центра нагревания воды в системе (уровень подающего теплопровода на тепловом вводе в здание).
Величиной ΔРе.тр. ввиду ее малого значения по сравнению с величиной ΔРр, в данном задании можно пренебречь.
ΔРе.пр = 3600*0,64*9,81*1,02*1,064187*137(1,2*1200+4*1040+6,8*1440) = 656 Па.
ΔРр = 4000 + 656 = 4656 Па.
3. Разбиваем циркуляционное кольцо на участки – элементы системы с постоянным расходом теплоносителя. Получаем 11 участков, включая стояк 3, как один из участков. Для каждого участка определяем тепловую нагрузку Qуч (Вт) и длину участка l (м) по чертежу (рис.1). Расход воды для каждого участка определяем по формуле:
Gуч = α3600Qучβ1β4Cв(t'г-to), кг/ч,
Gуч1 =3600*37120*1,02*1,06/4187(95-70) = 1380 кг/ч;
Gуч2 =3600*18560*1,02*1,06/4187(95-70) = 690 кг/ч;
Gуч3 =3600*9280*1,02*1,06/4187(95-70) = 345 кг/ч;
Gуч4 =3600*6480*1,02*1,06/4187(95-70) = 241 кг/ч;
Gуч5 =3600*3680*1,02*1,06/4187(95-70) = 137 кг/ч;
Gуч6 =3600*3680*1,02*1,06/4187(95-70) = 137 кг/ч;
Gуч7 =3600*6480*1,02*1,06/4187(95-70) = 241 кг/ч;
Gуч8 =3600*9280*1,02*1,06/4187(95-70) = 345 кг/ч;
Gуч9 =3600*18560*1,02*1,06/4187(95-70) = 690 кг/ч;
Gуч10 =3600*37120*1,02*1,06/4187(95-70) = 1380 кг/ч.
Для предварительного выбора диаметров труб на участках определяем среднюю удельную потерю давления от трения на участках основного кольца при Σl = 63 м (рис.1) по формуле
Rcp = 0.65* ΔРр/ Σl, Па/м,
Rcp = 0,65*4656/63 = 45 Па/м.
Предварительный диаметр труб на участке подбираем по табл.46.1 (10)
4. После определения условного диаметра трубы dу (мм) участка, для каждого участка определяем:
а) по табл. 46.1 (10) действительную величину удельной потери давления на трение Rуч (Па/м) и скорость теплоносителя Wуч (м/с);
б) потери давления на трение Rуч*lуч, (Па);
в) по табл

. 46.12-20 (10) определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений Σξуч;
Участок 1 (dу 40)
Задвижка параллельная Табл. 46.12 0,5
Отвод 90о, 4 шт
Табл. 46.13 4х0,5=2,0
Σξуч1 = 2,5
Участок 2 (dу 32)
Тройник (Gотв=0,5) Схема4. Табл.46.14 6,3
Σξуч2 = 6,3
Участок 3 (dу 25)
Тройник (Gотв=0,5) Схема4. Табл.46.14 6,3
Кран пробковый проходной W=0,168 м/с Табл. 46.12 1,3
Σξуч3 = 7,6
Участок 4 (dу 20)
Тройник (Gпрох=0,7) Табл. 46.16 1,0
Σξуч4 = 1,0
Участок 5 (dу 20)
Тройник (Gпрох=0,6) Табл. 46.16 1,41
Воздухосборник Табл. 46.13 1,0+0,5=1,5
Отвод 45о W=0,108 м/с Табл. 46.12 0,65
Σξуч5 = 3,56
Стояк 3 (dу 15)
Отвод 90о, 8 шт., W=0,205 м/с Табл. 46.12 8х1,3=10,4
Тройник 3шт., (Gпрох=1) Табл. 46.16 3х0,7=2,1
Радиатор 3 шт., W=0,205 м/с Табл. 46.12 3х1,6=4,8
Кран трехходовой при прямом проходе 3 шт. Табл. 46.12 3х3,2=9,6
Σξст3 = 26,9
Участок 6 (dу 20)
Тройник (Gпрох=0,6) Табл. 46.16 1,41
Σξуч6 = 1,41
Участок 7 (dу 20)
Тройник (Gпрох=0,7) Табл. 46.16 1,0
Σξуч7 = 1,0
Участок 8 (dу 25)
Кран пробковый проходной W=0,168 м/с Табл. 46.12 1,3
Тройник (Gотв=0,5) Схема3. Табл.46.14 5,0
Σξуч8 = 6,3
Участок 9 (dу 32)
Отвод 90о, W=0,195 м/с Табл. 46.12 0,2
Тройник (Gотв=0,5) Схема3. Табл.46.14 5,0
Σξуч8 = 5,2
Участок 10 (dу 40):
Задвижка параллельная Табл. 46.12 0,5
Σξуч10 = 0,5
г) по табл. 46.3 (10) находим потери давления на местные сопротивления Zуч (Па);
д) общие потери давления ΔРуч определяем по формуле:
ΔРуч = Rуч*lуч + Zуч, Па,
Результаты расчета по участкам заносим в табл. 1.
Полученный результат не удовлетворяет условия расчета системы
Σ(Rуч*lуч + Zуч) = (0,9-0,95) ΔРр
(4656-3188)/4656*100% = 32%, что значительно превышает допустимые нормы.
Для получения необходимого результата уменьшаем диаметр труб на участках 2, 3, 5, 6, не меняя при этом сумы коэффициентов местных сопротивлений.
Потери давления в циркуляционном кольце в этом случае равны 4499 Па. Запас давления после замены диаметров составит:
(4656-4499)/4656*100% = 3,4 %, что вполне допустимо.
6. Для расчета кольца циркуляции через ближний в ветви стояк 1, определяем в нем расход воды и естественное давление от охлаждения воды в его приборах.
Gст1 = 3600(960+800+1040)1,02*1,06/4187(95-70) = 104 кг/ч.
ΔРе.ст1 = 3600*0,64*9,81*1,02*1,064187*104(1,2*960+4*800+6,8*1040) = 641 Па.
Тогда требуемые потери давления в стояке 1 составят:
(Rl + Z)сттр = (207+492+1276+390+169) + (641-656) = 2319 Па.
Принимаем для стояка 1 трубы dст1 10. При этом действительные потери для стояка равны 2001Па (табл.1)
Определяем сумму местных сопротивлений.
Стояк 1 dст1 10
Тройник Схема 2, табл. 46-14 1,0
Отвод 90о 7 шт. Табл. 46-13 7х2=14
Тройник, 3 шт. Табл. 46-16 3х0,7=2,1
Радиатор 3 шт. Табл. 46-13 3х2=6
Кран трехходовой при прямом проходе, 3 шт. По данным НИИСТ 3х4=12
тройник Схема 1, табл. 46-14 0,9
Σξст1 = 36,0
Проверяем расчет по потерям давления
(2319-2001)/2319*100% = 13,7 %. Что отвечает нормативным требованиям.
По условиям задачи, значения Gст и ΔРе.ст для стояков 1 и 2 аналогичны.
Требуемые потери давления в стояке 2 составляют:
(Rl + Z)сттр = (492+1276+390) + (641-656) = 2143 Па.
Принимаем для стояка 2 трубы dст2 15. При этом действительные потери для стояка равны 633 Па (табл.1)
Определяем сумму местных сопротивлений.
Стояк 2 dст2 15
Тройник Схема 2, табл. 46-14 1,6
Отвод 90о 7 шт. Табл. 46-13 7х1,3=9,1
Тройник, 3 шт. Табл. 46-16 3х0,7=2,1
Радиатор 3 шт. Табл. 46-13 3х1,6=4,8
Кран трехходовой при прямом проходе, 3 шт. Табл. 46-12 3х3,2=9,6
тройник Схема 1, табл. 46-14 1,1
Σξст2 = 28,3
Так как действительные потери давления в стояке 2 в несколько раз меньше требуемых, то для его увязки с основным циркуляционным кольцом предлагается установить на стояке 2 диафрагму.
Диаметр диафрагмы определяем по формуле:
d = 3,54(Gст2/ΔР)0,25, мм,
d = 3,54(1042/(2143-633))0,25 = 5,79 мм.
Результаты гидравлического расчета
таблица 1.
7