Энергоснабжение

5.1. Гидравлический  расчет теплопроводов водяного  отопления по удельным линейным  потерям давления     

В системе  водяного отопления местным сопротивлениям является арматура, резкое изменение  конфигурации живого течения потока, течения с изменением скорости, поперечная циркуляция на изгибе потока, соединение и разделение потоков.  

Рассчитать  теплопровод на данном участке - это  значит подобрать такой диаметр, по которому при использовании располагаемого перепада давлений будет обеспечен  пропуск требуемого расхода теплоносителей.      

Гидравлический  расчет главного циркуляционного кольца (ГЦК)     

Методика  гидравлического расчета системы  водяного отопления:  

1.Распределяется  тепловая нагрузка по отопительным  приборам в схеме системы отопления.  Для этого используются данные  таблицы 2 графы 2. Тепловые нагрузки  приборов записываем в схеме  в прямоугольниках, изображающих  отопительные приборы. Все стояки  на схеме нумеруем в соответствии  с их нумерацией на плане  этажа. Под номером стояка указываем  его суммарную тепловую нагрузку  Qст, Вт, как сумму тепловых нагрузок всех к нему присоединенных приборов. Правильность нагрузки системы отопления подтверждается совпадением суммы нагрузок стояков (Qст с общими теплозатратами на отопление здания Qсо.  

Учитывая  тепловую нагрузку, выбираем ГЦК. При  попутном движении воды оно проходит через наиболее нагруженный средний  стояк.  

2.ГЦК  разбиваем на n участков. Участок  - это элемент схемы с неизменными  условным диаметром трубопровода  dn, мм, тепловой нагрузкой Qn, Вт, и расходом теплоносителя Gn, кг/ч. Границами участков являются тройники и крестовины, в которых происходит деление и слияние потока. Участки ГЦК нумеруем, начиная от элеватора и заканчиваем элеватором. Номера участков записываем в кружках у выносных линий, сверху которых указываем расход теплоносителя участка Gn, Вт, а снизу - длину ln, м. Результаты этого пункта заносим в таблицу 4 графы 1, 2, 4.  

3.Определяем  расчетное располагаемое давление  ГЦК, Па, по формуле     

?pр=?pнас+Б(?pе.пр.+?pе.тр.), (5.1)     

где Б - доля давления, для однотрубной системы Б=1;  

?pе.пр.- естественное давление от остывания воды в приборе, Па, определяется  

?pе.пр.=(3,6Ј(ЈgЈ(1Ј(2/сЈGст) ((QiЈhi), (5.2)     

?pе.тр - естественное давление от остывания воды в трубах, Па, определяется     

?pе.тр.=(Јg(hi(ti-ti+l), (5.3)     

(- среднее  приращение плотности при понижении  температуры воды на 1№С (при tг-tо=105-70=70№С (=0,66);  

Gст - расход воды в стояке, кг/ч;  

Qi - необходимая теплопередача теплоносителя в i-м помещении, Вт;  

(1, (2- см. пункт 3.1;  

hi - вертикальное расстояние между условными центрами: охлаждение в стояке для i-го прибора и нагревания, м;  

ti, ti+l - температура воды в начале и конце участка,№С;   

?pнас-давление, создаваемое циркуляционным насосом для обеспечения необходимого расхода воды в системе, принимаем 25 кПа.  

4.При  расчете по методу удельных  потерь давления для предварительного  выбора диаметров теплопроводов  определяем среднее значение  удельного падения давления по  главному циркуляционному кольцу, Па/м     

Rср=0,65Ј?pр/(l, (5.4)     

где (l - длина главного циркуляционного  кольца, м.     

?pе.пр.=(3,6Ј0,66Ј9,81Ј1,02Ј1,04/4,187Ј105)(2009Ј12,65+1701Ј10,05+1701Ј7,45+ +1701Ј4,85+2054Ј2,25)=3827 Па;  

?pе.тр.=0,66Ј9,81(2,25(77,4-70)+4,85(83,9-77,4)+7,45(90,4-83,9)+10,05(96,9-90,4)+   

+12,65(104,6-96,9))=1679 Па;  

?pр=25000+3827+1679=30506 Па.  

Rср =0,65Ј30506/88,8=223 Па/м.     

5.Определяем  расход воды на расчетных участках, кг/ч     

Gуч=(3,6ЈQучЈ(1Ј(2)/сЈ(tг-tо), (5.5)  

Результаты  расчета заносим в табл.4 графа 3.  

6.Ориентируясь  на полученные значения Rср и Gуч можем с помощью табл.46.1[3] подобрать оптимальный диаметр труб расчетного участка, а также удельную потерю давления R и скорость движения воды в трубах ?. Результаты подбора заносим в таблицу 4 графы 5, 6, 7.  

7.Потери  давления на преодоление трения  на участке теплопровода, Па, определяем  по формуле  

Rт=RЈl. (5.6)      

Результаты  заносим в табл.4 графа 9.  

8.Отдельно  от расчетной табл.: для каждого участка главного циркуляционного кольца составляем перечень имеющихся в нем местных гидравлических сопротивлений в табл.5 с указанием параметров, определяющих в справочных таблицах величину коэффициента местного сопротивления. Значения местных сопротивлений определяются по табл.46.12-46.21 [3].  

9.Потери  давления на преодоление местных  сопротивлений Z, Па, в зависимости  от скорости воды и значения  местных сопротивлений на участке  (принимаем из табл.5 графа 5 и  заносим значение в табл.4 графа  8) определяются по табл. 46.3 [3] и  заносятся в табл.4 графа 10.  

10.Общие  потери давления на каком-либо  участке трубопровода, Па, определяются  по формуле  

?Руч=Rl+Z. (5.7)     

Результаты  расчета заносим в табл.4 графа 11.  

11.После  окончания гидравлического расчета  общие потери давления на всех  участках главного циркуляционного  кольца суммируются. Величина  невязки давления определяется  по формуле  

А=((?Рр-((Rl+Z)ГКЦ)/?Рр)100%. (5.8)     

А=((30506-28400,03)/30506)100%=6,9%.      

5.2. Гидравлический  расчет теплопроводов системы  водяного отопления по характеристикам  сопротивления и проводимостям     

 Расчет  выполняем последнего, среднего  наиболее нагруженного и первого  стояка.  

 Величина  характеристики гидравлического  сопротивления для любого простого  участка n схемы системы определяется  по формуле     

Sn=AДЈ((?/dв)nЈln+((()n), Па/(кг/ч)?. (5.9)     

где АД - удельное динамическое давление в  трубе при внутреннем диаметре dв и расходе воды 1 кг/ч, принимаемое по прил.7 [8].  

((?/dв)n - приведенный коэффициент гидравлического трения, м-1, принимаемый по прил.7 [8].  

((- сумма  коэффициентов местных сопротивлений  на участке.       
 

Гидравлический  расчет стояка производят, используя  формулу     

?Рст=SстЈG?ст, (5.10)     

где ?Рст - потери давления в стояке, Па;  

Gст - расход воды в стояке, кг/ч, принимаем из п. 5.1.  

Sст -характеристика сопротивления стояка, Па/(кг/ч)?.  

 При  предварительном выборе диаметра  трубы расчетного стояка вычисляется  удельная характеристика сопротивления,  Па/(кг/ч)?  

Sуд =Rср/ G?ор, (5.11)  

Sуд =223/105?=0,02 Па/(кг/ч)?  

Результаты  расчетов заносим в табл.6 и табл.7, сопоставляя полученные значения Sуд (гр.10 табл.6) с величинами Sуд для стандартных диаметров труб стояков (прил.7).  

 После  выбора диаметра труб определяется  характеристика сопротивления стояка, как сумма характеристик сопротивления  его простых участков и сложных  узлов по формуле     

Sст=S1+SузЈn+S2Ј(n-1)+S3, (5.12)  

Sст =0,0335+(0,0050Ј5)+(0,0102Ј4)-0,0203=0,079   

где S1,S2, S3 - характеристика сопротивления соответственно первого, второго и третьего участка, Па/(кг/ч)?, вычисляем по формуле (5.9);  

n - число  этажей здания,  

Sуз - характеристика сопротивления узла, Па/(кг/ч)?.     

?Рст =0,079Ј105?=871 Па       
 

6. РАСЧЕТ  ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ И ЛЕСТНИЧНЫХ  КЛЕТОК     

 В  лестничных клетках многоэтажных  зданий на первом этаже при  входе устанавливают воздухонагреватели  с греющими элементами из круглых  ребристых труб.     

6.1. Расчет  поверхности нагревающих элементов      

1.Определяется  расход высокотемпературной воды  на вводе в здание, кг/с     

Gсист=1,15Ј(Qт.п./cЈ((1-tо), (6.1)     

где с - теплоемкость воды, равная 4187 Дж/(кг№С);      

Gсист=1,15Ј114875/4187Ј(150-70)=0,394кг/с      

2.Рассчитывается  температура воды, выходящая из  водонагревателя,№С     

tвых=(1 - ((Р.Т.1Ј(Р.Т.2ЈQлк/cЈ1/2ЈGсист), (6.2)  

где (Р.Т.1=1,13;(Р.Т.2=1 - для ребристых труб.  

tвых =150-(1,13Ј1Ј5078/4187Ј1/2Ј0,394)=143№С      

3.Находится  средняя температура воды, циркулирующая  в греющем элементе воздухонагревателя, №С  

tср=((1+tвых)/2. (6.3)  

tср =(150+143)/2=146,5№С      

4.Определяется  средняя температура воздуха,  циркулирующего в укрытии воздухонагревателя,№С   

tср.в=(tв+tг.в)/2. (6.4)     

где tв - расчетная температура воздуха внутри лестничной клетки, №С;  

tг.в - температура горячего воздуха, выходящего из укрытия воздухонагревателя, принимаем в пределах 40?70№С.  

tср.в =(18+70)/2=44№С      

5.Рассчитывается  количество воздуха, циркулирующего  через укрытия воздухонагревателя, кг/с  

Gв=(Р.Т.1Ј(Р.Т.2ЈQлк/cЈ(tг.в-tв), (6.5)     

где с - теплоемкость воздуха, принимаем равной 1005 Дж/(кг№С).  

Gв =1,13Ј1Ј5078/1005Ј (70-18)=0,11кг/с     

6.Находится  скорость движения воды в канале  ребристых труб, м/с     

(=1/2Gсист/(((d?/4), (6.6)     

где d- внутренний диаметр ребристой трубы, который  равен 70 мм;  

( - плотность  воды, принятая по табл.6.1.[8],кг/м?.   

(=1/2Ј0,394/926,1Ј(3,14Ј0,07?/4)=0,056м/с      

 7.Оценивая коэффициент теплопередачи ребристой трубы k, Вт/(м?№С), по графику прил.6 при скорости движения воздуха в живом сечении ребристой трубы (в=0,5 м/с.  

k=10 Вт/(м?№С)   

8.Рассчитывается  поверхность нагревающего элемента  ребристых труб, м?     

F=(Р.Т.1Ј(Р.Т.2ЈQлк/kЈ(tср-tср.в), (6.7)  

F=1,13Ј1Ј5078/10Ј(146,5-44)=5,6 м?     

Используя табл.6.2[8] выбираем стандартный размер f, м?, и определяем количество ребристых труб n. Определяем по количеству труб стандартную поверхность нагрева Fст=fЈn.   

Fст =4Ј93=372 м?  

9.Рассчитывается  площадь живого сечения укрытия,  м?