Гидравлический расчет систем отопления

В качестве системы отопления выбираем водяную горизонтальную однотрубную систему отопления с металлополимерными трубами и рассчитываем ее по удельным потерям давления.

Сначала определяем главное магистральное направление, исходя из того, что для такого направления отношение естественного циркуляционного давления, возникающего в нем, к его длине  должно быть наименьшим по сравнению с другими направлениями.

Таким направлением является 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15-16-17-18-19-20;

 

Далее определяем расход воды на участках по формуле:

, кг/ч

где Q_i – тепловая нагрузка участка, Вт;

b - коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную площадь (сверх расчетной), b = 1,04;

t_г – температура воды в подающем трубопроводе системы отопления, t_г = 95 ^оС;

t_о - температура воды в обратном трубопроводе системы отопления, t_о = 70 ^оС

 

По расходу воды на участке G_i и средним удельным потерям давления R_ср = 80 Па/м по определяем диаметр трубы d, скорость воды W и действительные удельные потери давления на участке.  

Определяем потери давления на трение по формуле:

DP_тр = R·l, Па,

где l – длина участка, м.

 

Находим потери давления в местных сопротивлениях:

Z = Sx· ·r, Па,

где Sx - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

r – плотность воды, r = 965 кг/м³.

 

Определяем полные потери давления на участке:

DP = DP_тр + Z, Па.

 

Они не должны превышать расчётное располагаемое давление _р, определяемое по формуле:

, Па

где - давление развиваемое элеватором или насосом;

Б – коэффициент, учитывающий долю естественного циркуляционного давления в расчетном располагаемом давлении. Для двухтрубных систем равен 0,4, для однотрубных систем равен 1,0.

  - естественное циркуляционное давление, возникающее за счёт охлаждения воды в нагревательных приборах и трубах (в инженерных расчётах последней составляющей пренебрегают).

Насосное циркуляционное давление D Р_н определяется в зависимости от способа присоединения системы отопления к тепловым сетям. Так как система отопления присоединяется через элеватор, то D Р_н равно давлению, создаваемому элеватором.

, Па

Па

где

D Р_аб - перепад давлений в тепловой сети на входе в абонентский ввод

DР_аб=0,15МПа =1,5∙10⁵ Па;

h _э = 0,2-0,3 – КПД элеватора;

u - коэффициент смешения элеватора.

где

t ₁ - расчетная температура воды в прямом трубопроводе тепловой сети. Принимается по заданию (t ₁ =150 ^оС)

t _г = 95 ^оС, t_о = 70 ^оC– расчетные температуры горячей и обратной воды в системе отопления.

Естественное циркулярное давление D Р_е  зависит от принятой схемы системы отопления (однотрубная или двухтрубная)

При определении D Р_е  пользуются понятиями центра нагрева (ЦН) и центра охлаждения (ЦО). В качестве центра нагрева принимается ось элеватора, а в качестве центра охлаждения - середина отопительного прибора.

, Па

Па

Па

где,       

Q_i – нагрузка i-го отопительного прибора, Вт

h_i –расстояние по вертикали от уровня расположения элеватора до центра отопительного прибора i-го этажа.

 

Расчеты производены на персональном компьютере с использованием программы "EXCEL". Результаты расчета сведены в таблицу 4.

 

Для того, чтобы увязать потери давления на магистральных участках с потерями давлений на ответвлениях к отопительным приборам, устанавливаем на подводках дроссельные шайбы.

Диаметр отверстия определяется по формуле:

,

где - тепловая нагрузка участка, Вт;

- излишек давления, Па подлежащий дросселированию.

 

Расчёт теплового пункта

Тепловой пункт состоит из смесительного аппарата, контрольно-измерительных приборов и запорно-регулирующих арматур. На обратном трубопроводе расположен

регулятор давления, поддерживающий давление «до себя», необходимое для заполнения системы отопления воды из системы при аварийном опорожнении наружных теплопроводов.

Манометры, размещаемые попарно на одном и том же уровне от пола, позволяют судить не только о гидростатическом давлении в каждом теплопроводе, но и о разности давления, определяющий интенсивность движения теплоносителя.

Для смешения высокотемпературной и охлажденной воды применяем водоструйный элеватор.

Основной характеристикой элеватора является коэффициент смешения, который рассчитываем по следующей формуле:

Выпускаются элеваторы нескольких типоразмеров отличающихся диаметром камеры смешения.

Диаметр камеры смешения d _к (диаметр горловины (d _г))  – основной геометрический размер элеватора.

Диаметр горловины водоструйного элеватора d _г, см,вычисляется по формуле

где

– расход воды в системе отопления (т/ч);

– насосное циркуляционное давление для системы кПа;

 

Выбираем элеватор №1 с диаметром горловины .

Другой важной геометрической характеристикой является диаметр сопла d_c,мм:

 

 

Также в тепловом пункте имеются термометры для контроля температуры воды на подающей и обратной магистрали.

Для очистки системы отопления от механических примесей применяются грязевики. 

Для подсчёта израсходованной воды используют счётчик воды.

Система вентиляции

 Аэродинамический расчет систем естественной вытяжной вентиляции

В жилых зданиях проектируется общеобменная естественная вентиляция с удалением воздуха из санитарных узлов и кухонь. Приточный воздух для компенсации естественной вытяжки поступает снаружи через неплотности окон и других ограждений.

 

Расчет ведем согласно нормативным документам.

Количество удаляемого воздуха для жилых зданий должно быть не менее 3м³/ч на1 м² жилой площади квартиры [7].

Нормы воздухообмена в кухнях и санузлах принимаем равными [7]:

Кухня негазифицированная, с элетрическими плитами 40 м³/ч

Санузел совмещённый                                                           50 м³/ч

 

Сначала подсчитываем воздухообмен по величине жилой площади дома.

 

Жилая площадь дома: F_д =147,94м²;

Воздухообмен по величине жилой площади:

;

Воздухообмен для кухонь и санузлов  м³/ч,

 к расчету принимается большая величина, т.е. 443,82 м³/ч.

 

Воздухообмен для залов второго этажа принимаем:

 

Для нормальной работы системы естественной вентиляции необходимо, чтобы было сохранено равенство:

,

где - полные потери давления в расчетной ветви, Па;

- потери давления на местные сопротивления, Па;

- потери давления на трение, Па;

- располагаемое гравитационное давление, Па.

 

Располагаемое гравитационное давление в естественных вытяжных системах вентиляции определяются для наружной температуры 5 ⁰С по формуле:

 

 

1 этаж:

2 этаж:

 

где h – расстояние от вертикали оси вытяжной решетки до устья вытяжной шахты;

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

 = 1,27 кг/м³ – плотность наружного воздуха при температуре 5⁰С;

= 1,205 кг/м³ – плотность внутреннего воздуха при температуре 20⁰С.

 

Вентиляционные каналы металлические, расположены в гипсокартонных коробах. Вытяжные отверстия в помещениях располагаются на высоте 0,5 м от потолка.

 

Для определения площади сечения канала задаемся скоростью движения воздуха в нем 1 м/с. При этой скорости и расходе удаляемого воздуха по каналу L=50 м³/ч площадь сечения канала F, м² должна быть

 

Принимаем [24] площадь сечения канала  эквивалентные диаметр d_Э=160мм.

   При этой площади сечения фактическая скорость движения воздуха

 

Потери на трение в каналах с учётом коэффициента шероховатости, рассчитываемые по формуле:

  

Удельные потери давления на трение воздуховода определяются по номограмме [25], зная скорость движения воздуха и эквивалентный диаметр d _Э.

При и

Поправочный коэффициент к потерям давления на трение листовой стали β =1 [25].

 

Значения коэффициентов местных сопротивлений воздуховодов ξ по участкам:

- Регулируемая жалюзийная решетка с внутренними подвижными жалюзи [26] ξ=1,2;

- Конфузор [24] ξ=0,1;

- Колено под углом 90^о [26]  ξ=1,1;

- Зонт обычный [26] ξ=1,3.

  Потери давления в местных сопротивлениях:

, Па

где ρ  = 1,27 кг/м³.

 

Применяем регулируемые жалюзийные решетки типа AD120:

- с размером 150 x 200 мм и живым сечением 0,0173 м² – для санузлов (L=50 м³/ч);

- с размером 400 x 400 мм и живым сечением 0,092 м² – для кухни (L=343,82 м³/ч).

- с размером 400 x 500 мм и живым сечением 0,116 м² – для залов (L=331,95 м³/ч).

 

Скорость на входе в решетку в санузлах:

 

Скорость на входе в решетку в кухне при L =343,82 м³/ч:

 

Скорость на входе в решетку в залах при L =331,95 м³/ч:

                     

Суммарные потери давления на участке:                                                                

 

 

Определяются суммарные потери в магистральном воздуховоде сложением потерь давления на всех его участках:

  

  Суммарные потери давления в магистральном воздуховоде не должны превышать располагаемого давления. Невязка не должна превышать 10 %:

  

Все полученные результаты сводим в таблицу 7.