Гидравлический расчет отопительной системы здания

 

Содержание

 

Введение 3

I. Расчетные данные 4

II.Гидравлический расчет 5

1.Расчет I кольца 5

1.1.Определение  располагаемого давления 5

1.2. Определение  расхода теплоносителя 5

1.3. Определение  диаметров трубопроводов 6

1.4. Определение ближайших стандартных диаметров труб 6

1.5. Определение  режима движения жидкости 7

1.6. Определение  потерь давления на участках 7

1.7.Определение  общих потерь давления в первом  кольце 8

1.8.Определение  невязки между располагаемым  давлением и потерями давления  в кольце 8

1.9.Окончательный  гидравлический расчет для измененного  диаметра труб 9

2. Расчет II кольца 11

2.1. Определение  располагаемого давления P_PII 11

2.2. Определение  расхода теплоносителя 11

2.3. Определение  диаметров трубопровода 11

2.4. Определение  ближайших стандартных диаметров  труб: 11

2.5.Определение  режима движения жидкости 11

2.6. Определение  потерь давления на участках 12

2.7.Определение  общих потерь давления в первом  кольце 12

2.8.Определение  невязки между располагаемым  давлением и потерями давления  в кольце 12

2.9. Расчет  диаметра диафрагмы 13

III.Литература 15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Системы отопления  служат для снабжения теплом жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений и поддержания температуры  воздуха внутри помещений в пределах, предусмотренных в СНиП. Они могут  быть водяными, паровыми и воздушными в зависимости от требований и  назначения отапливаемых помещений.

       Целью  выполняемой работы является  практическое использование теоретических  знаний для гидравлического расчета  отопительной системы здания.

В качестве расчетной системы  отопления здания предусмотрена  двухтрубная гравитационная система  водяного отопления с верхней  разводкой. В двухтрубных системах отопления горячая вода проходит через параллельно присоединенные к подающим трубопроводам отопительные приборы, и постепенно охлаждаясь в  них, возвращается в котел по самостоятельной  линии. При верхней разводке магистральный  распределительный трубопровод  прокладывается выше нагревательных приборов.

 

 

 

 

 

 

 

I. Расчетные данные

1. Схема двухтрубной отопительной системы с указанием длин участков трубопроводов и размещения отопительных приборов.(рис.1)
2. Температура горячей воды t_г = 95 ^◦С.
3. Температура охлажденной воды t_o = 75^◦С.
4. Тепловые нагрузки на приборы: q₃ = 6200 Ватт, q₄ = 7200 Ватт.

 

 

Рис.1. Схема двухтрубной  отопительной системы

 

 

 

 

 

 

II.Гидравлический расчет

    Теплоноситель  в системе может циркулировать  по двум возможным путям (кольцам):

I кольцо: K-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-K

II кольцо : K-1-2-3-4-5-16-17-18-9-10-11-12-13-14-K

1.Расчет I кольца

    В первом  кольце можно выделить два  участка с тепловой нагрузкой  на два прибора

1) q₃+ q_{4 :}   K-1-2-3-4-5-…-9-10-11-12-13-14-15-K

Длина участка  l₁ = 70,8 м

2) q₃ 5-6-7-8-9

Длина участка  l₂ = 5,6 м

1.1.Определение располагаемого  давления

                           P_PI = g·h₁· (ρ_o-ρ_г) + ∆P , Па         (1)

 где h₁- расстояние от центра котла до центра нагревательного прибора

( h₁=3,4 м )

 ρ_o,ρ_г- плотности охлажденной и горячей воды соответственно ( [1]с.101 )

         ρ_o = 974,89 кг/м³,ρ_г = 961,92 кг/м³

 ∆P - дополнительное давление за счет охлаждения теплоносителя в магистралях и стояках ( [2]с.217 )

Принимаем ∆P = 150 Па.

P_PI = 9,8·3,4· (974,89-961,92) + 150 = 582,16Па

1.2. Определение расхода  теплоносителя

                    (2)

   ,

  где q₃ , q₄ –тепловые нагрузки 

        с - удельная теплоемкость воды (с = 4,2 кДж/K)                

      

 

1.3. Определение диаметров  трубопроводов

 

                   (3) 
              

V_доп - допускаемая скорость движения теплоносителей

V_доп 0,2 м/c

 

4. Определение ближайших стандартных диаметров труб

                                                                                                                            ( [1]с.246 )

d_1ст=40 мм

d_2ст=25 мм

   Определяем  действительные скорости:

                                                 (4) 

1.5. Определение режима  движения жидкости

                          ,      (5)

где ν –коэффициент кинематической вязкости

для t_ср = 85^◦С  ν = 0,4·10^-6 м²/c ([3] с.9)

турбулентный  режим движения жидкости

 турбулентный  режим движения жидкости

Для турбулентного  режима движения жидкости

                             ,   (6)

где k_э – эквивалентная шероховатость оцинкованных стальных труб, бывших в эксплуатации.

Принимаем k_э = 0,17 мм

 

1.6. Определение потерь  давления на участках

    - линейные  ,Па   (7)

    - местные      (8)

Линейные потери на участках 1 и 2 составят:

    

     

Местное сопротивление  на участке 1 при диаметре d1=40 мм  ([4]c.208):

• Котел стальной, ξ = 2
• тройник на повороте в т.1, ξ = 1,5
• тройник на проходе в т.2, ξ = 0,5
• вентиль в т.3, ξ = 2,5
• колено в т.4, ξ=0,5
• колено в т.10, ξ=0,5
• вентиль в т.11, ξ = 2,5
• тройник на проходе в т.12, ξ = 0,5
• вентиль в т.13, ξ = 2,5
• тройник на повороте в т.14, ξ = 1,5
• вентиль в т.15, ξ = 2,5

 

 

Местное сопротивление  на участке 2 при диаметре d2=25 мм:

• тройник на проходе в т.5, ξ = 0,5
• колено в т.6, ξ=0,5
• кран двойной регулировки в т.7, ξ = 2
• радиатор П3 в т.8, ξ = 2
• тройник на повороте в т.9, ξ = 1,5

 

 

1.7.Определение общих  потерь давления в первом кольце

,Па                 (9)

1.8.Определение невязки  между располагаемым давлением  и потерями давления в кольце

 

       (10) 

   Т.к.  невязка  не соответствует допустимой (-30,7 ), то меняем диаметры труб.  Для нашей системы отопления поменяем диаметр труб на участке 9-10 и произведем гидравлический расчет п.1.4-1.8 при измененном диаметре труб.

Для этого на участке  9-10 возьмем промежуточную точку А и сделаем гидравлический расчет при диаметре труб d=40 мм на участке К-5 и 9-А и d=50 мм на участке А-К

1.9.Окончательный гидравлический расчет для измененного диаметра труб

 

 

турбулентный  режим движения жидкости

 

 

 

 

 

 

 

      Результаты гидравлического расчета  первого кольца сводим в таблицу  1.

 

 Таблица 1

Таблица расчета системы  водяного отопления                                                     

Участки	Длина участка, l,м	Расход, Q,см3/c	Данные предварительного расчета					Данные окончательного расчета
			Диаметр, d,мм	Скорость, V,см/c	Коэф. λ	Потери давления		Диаметр, d,мм	Скорость, V,см/c	Коэф. λ	Потери давления
						Pl, Па	Pj, Па				Pl, Па	Pj,Па
Кольцо №1
К-5	35,5	160	40	13	0,0343	496,79	139,11	40	15	0,0343	212,19	71,58
9-А	2,3
А-К	33							50	8,0	0,035	57,28	30,98
5-8	5,6	70	25	14	0,038	80,78	44,49	25	14,0	0,038	80,78	44,49
∑	-	-	-	-	-	577,57	183,6	-	-	-	350,25	147,05
Общие потери давления						761,17		Суммарные потери давления			497,73

 

 

 

2. Расчет II кольца(через верхний нагревательный прибор):

-имеет ряд  общих с I кольцом участки, диаметры  которых мы уже рассчитали, поэтому необходимо определить диаметры только на участок  q₄:

5-16-17-18-9

Длина участка  l₃ = 5,8 м

2.1. Определение располагаемого  давления P_PII

по формуле (1):

P_PII = 9,8·7· (974,89-961,92) + 150 = 1039,7 Па

2.2. Определение расхода  теплоносителя

по формуле (2):

2.3. Определение диаметров трубопровода

 по формуле (3):

2.4. Определение ближайших  стандартных диаметров труб:

d_3ст=25 мм

       Определяем действительные скорости  по формуле (4):

                       

2.5.Определение режима  движения жидкости

по формуле (5):

   турбулентный режим движения жидкости

Для турбулентного  режима движения жидкости по формуле (6):

                            

2.6. Определение потерь  давления на участках

(8)

Линейные потери, определяемые по формуле (7) на участке 3  составят:

    

Местное сопротивление  на участке 1 ([4]c.208):

• тройник на повороте в т.5, ξ = 1,5
• кран двойной регулировки в т.16, ξ = 2
• радиатор П4 в т.8, ξ = 2
• колено в т.18, ξ=0,5
• тройник на проходе в т.9, ξ = 0,5

   

 

Определяем потери на местном сопротивлении по формуле (8):

 

 

2.7.Определение общих  потерь давления в первом кольце

по формуле (9):

2.8.Определение невязки  между располагаемым давлением  и потерями давления  в кольце

по формуле (10):

 

 

 

Т.к. невязка больше допустимой  (41,4%), то для увеличения потерь давления уменьшаем диаметры труб. Меняем d_3ст и принимаем равным d_3ст =20 мм.

Определяем действительные скорости по формуле (4):

                       

    Т.к.  скорость движения теплоносителя  V ₃ превышает допустимую (V _доп=0,2 м/с), то для погашения излишнего давления вводят дополнительное сопротивление в виде диафрагмы.

2.9. Расчет диаметра диафрагмы

   Определяем  излишнее давление:

                            , Па        (11)

 

     Т.к.  диафрагма является местным сопротивлениями  для  движущегося теплоносителя  потери давления в ней определяются  по формуле (8):

                          

Тогда      

          (12)

       

По найденному значению коэффициента диафрагмы находим отношение

([4] с.237):

 

Отсюда диаметр  диафрагмы равен:

,мм (13) 

 

 

 

III.Литература

1.  Справочник по теплоснабжению и вентиляции: кн.I/коллектив авторов.-4-е изд., перераб. И доп./Репринтное воспроизведение издания 1976 г.-М.:ЭКОЛИТ,2012.-416 с.

2. Белоусов В.В., Михайлов Ф.С. Основы проектирования систем центрального отопления. М., 1962

3. Альтшуль А.Д., Животовский А.С., Иванов П.С. Гидравлика и аэродинамика. М.,1987

 4.  Справочник по теплоснабжению и вентиляции, ч.I, издательство «Будивельник», Киев, 1976.