Гидравлический расчет. (ГР)
ГР – не является документом, в обязательном порядке присутствующим в проекте инженерных систем, но в процессе проектирования ГР должен проводиться обязательно. Именно на основании ГР подбираются диаметры труб, насосы, элементы регулирующей арматуры.
Как проводится ГР более подробно можно прочитать здесь.
После окончания проектирования заказчик вправе проконтролировать следующие параметры системы отопления:
а) скорость теплоносителя в трубах (она не должна превышать 2м/с, лучше 1-1,2м/с);
б) суммарные потери давления в системе отопления (они не должны превышать 0,4атм=4м вод ст=40000Па, лучше – 0,2атм=2м вод ст=20000Па);
в) внутренние диаметры труб (они ни при каких условиях, не должны быть меньше 12мм, в противном случае меняется характер течения жидкости в трубах, и возможно резкое возрастание сопротивления движению теплоносителя на некоторых участках);
г) как производится предварительная регулировка системы отопления (возможно ли случайно сбить (изменить) предварительные настройки, что регулирует сам заказчик (хозяин). (Подробнее)
Гидравлический расчёт (подробнее).
Данный сайт не является методикой расчёта инженерных систем, поэтому, в качестве примера, рассмотрим вариант ГР одного или нескольких помещений, и только в виде, достаточном для проверки корректности проекта целом. Т.е. приведённая методика предназна- -чена только для оценки компетентности проектировщиков, если в этом есть необходимость.
Допустим, мы имеем проект веерной системы отопления, одна из веток которой выглядит следующим образом:
Мощность тепловых приборов должна быть определена ранее в тепловом расчёте.
Считаем, что теплоносителем является вода, имеющая следующие характеристики:
ρ=1000кг/м3 – плотность
С=4200Дж/кг. град - теплоёмкость
Сопротивление движению жидкости вычисляется следующим образом:
ΔΡ=(λ ∙ (ℓ/d)) ∙ (ρν2/2) (Па)
ΔΡ – потери давления в Па,
λ – коэффициент гидравлического сопротивления (приблизительные коэффициенты см. таблица 1),
ℓ – длина труб в метрах,
d – внутренний диаметр трубы в метрах,
ρ – плотность теплоносителя в кг/м3, в нашем случае 1000,
ν – скорость теплоносителя в трубе в м/с.
Таблица 1.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В таблице представлены несколько завышенные коэффициенты сопротивления. В начале эксплуатации систем отопления (на новых трубах) эти коэффициенты в полтора-два раза ниже, но по мере эксплуатации (через 1-2 месяца) достигают указанных величин и остаются неизменными в течение длительного времени (10 лет и более). Помимо всего прочего, данные коэффициенты уже учитывают повороты и изгибы труб, т.е. при расчетах их учитывать уже не нужно.
Скорость теплоносителя в трубах определяется согласно формуле:
ν = v/s (м/с)
где v – расход теплоносителя в м3/с,
s – площадь проходного сечения в м2.
Итак, приступим к проверке представленной на схеме ветки отопления.
Сначала определим расход теплоносителя через каждый прибор.
Определим расход через прибор мощностью 2кВт. Не забываем, что приборы в номинале работают с перепадом температур 20°С, т.е. в прибор поступает вода с температурой 90°С, охлаждается до 70°С, а всё тепло отдаёт воздуху.
Массовый расход воды (в кг) определяется по формуле:
m = Q/(Δt ∙ c) (кг)
где Q – мощность прибора в Вт,
Δt – перепад температур по воде (20°С),
с – теплоёмкость в Дж/кг∙град
m = 2000/(20∙4200) = 0,0238кг/с
Теперь найдём объёмный расход воды.
V2 = m/ρ = 0,0238/1000 = 2,38∙10-5м3/с
Теперь найдём объёмные расходы через другие приборы.
Ясно, что через прибор мощностью 3кВт воды пройдёт в 1,5 раза больше, а через прибор 4кВт – в 2 раза больше.
V3 = 3,57 ∙ 10-5м3/с ; V4 = 4,76 ∙ 10-5м3/с .
Теперь найдём площади проходных сечений труб по формуле:
S = πD2/4(м2),
где D – диаметр труб в м.
S12 = (3,14 ∙ 0,0122)/4 = 1,34 ∙ 10-4м2 ,
S15 = (3,14 ∙ 0,0152)/4 = 1,77 ∙ 10-4м2 .
Далее определим объёмы теплоносителя, проходящего по разным участкам.
Ясно, что по третьему участку проходит объём V4 = 4,76 ∙ 10-5м3/с;
по второму участку протекает VII = V4+V2 = 7,14 ∙ 10-5м3/с;
по первому участку протекает весь объём равный VI = V2+V3+V4 = 1,07 ∙ 10-4м3/с.
Теперь вычислим скорости течения воды в трубах:
ν = V/S
νI = VI/S15 = (1,07 ∙ 10-4)/(1,77 ∙ 10-4) = 0,605м/с
νII = VII/S15 = (7,14 ∙ 10-5)/(1,77 ∙ 10-4) = 0,403м/с
νIII = VIII/S12 = (3,57 ∙ 10-5)/(1,34 ∙ 10-4) = 0,266м/с.
Результаты расчётов показывают, что превышения скоростей (по СНиПам) нет.
Теперь рассчитаем потери давления в трубах при движении теплоносителя. Не забывая при этом, что длина труб указанных участков берётся в два раза больше, т.к. теплоноситель движется в обоих направлениях (туда и обратно). Итак, потери давления составят:
ΔPI = 0,04 ∙ ((2∙15)/0,015) ∙ ((1000∙0,6052)/2) = 14641 Па
ΔPII = 0,04 ∙ ((2∙6)/0,015) ∙ ((1000∙0,4032)/2) = 2598 Па
ΔPIII = 0,04 ∙ ((2∙8)/0,01) ∙ ((1000∙0,2662)/2) = 2264 Па
Суммарные потери давления на этом участке составят:
ΔP∑ = PI + PII + PIII = 19503 Па = 1,95м вод. ст. = 0,195 ати.
Не следует забывать, что это не все потери давления. Любые тепловые приборы обладают собственным сопротивлением, но обычно их сопротивление (если приборы не экзотические) не превышает 200мм вод. ст. Очень важным элементом является узел подключения приборов. Тут надо быть очень аккуратным: некоторые узлы, при неправильной регулировке, могут создать сопротивление более 1 ати (10м вод. ст.), но обычно сопротивление не превышает 1м вод. ст. Если всё просуммировать, то получится, что для нормальной эксплуатации указанной ветки насос должен обеспечить перепад давлений на гребёнках после кранов равный:
ΔP = ΔP∑ + ΔPприборов + ΔPузлов подкл. = 1,95 + 0,2 + 1 ≈ 3,15м вод. ст. = 0,315 ати = 31500 Па.
Точно таким же образом считаются потери давления далее по трассе, добавляются местные сопротивления и, в конце концов, определяется напор насоса.
Безусловно, заказчику проводить такие расчёты нет необходимости. Достаточно ограничиться проверкой скоростей.
Ниже в таблице мы приводим внутренние диаметры труб и мощности тепловых приборов, которые могут быть присоединены к этим трубам. Эта таблица составлена на основе нашего практического опыта, значения в ней значительно ниже допустимых по СНиПам, но зато система отопления становится более устойчивой в работе и более легкорегулируемой.
|
|
| |
| |
| |
|
Мы специально привели в качестве примера ветку системы отопления, которую очень легко разрегулировать. Представим, что в качестве запорно-регулирующей арматуры используются шаровые краны, имеющие исключительно малое сопротивление. Допустим, что сначала приборы были отрегулированы, затем краны на первом приборе (3 кВт) были открыты полностью. Ясно, что наибольшее количество воды пройдёт через этот прибор, остальным приборам теплоносителя будет явно не достаточно. Самое интересное в данном случае другое: несмотря на то, что через первый прибор может пройти теплоносителя в два раза больше нормы, его теплоотдача возрастёт приблизительно на 10%. Остальные приборы уменьшат теплоотдачу приблизительно на 50% каждый. Таким образом, суммарный теплосъём уменьшится на ~ 3кВт. Мы будем наблюдать следующую картину: 1-й прибор – очень горячий, 2-й – тёплый, 3-й – холодный. Для того, чтобы исключить подобную ситуацию, в качестве регулирующей арматуры применяются вентили с предварительной настройкой – на этих вентилях управляющие элементы далеко спрятаны, и случайно изменить настройку невозможно. Справедливости ради стоит отметить, что стоимость этих вентилей несколько выше, чем шаровых кранов.
Есть ещё один способ избежать подобной неприятности и существенно облегчить настройку системы:
СХЕМА
Следует только изменить направление течения воды в “обратке”, добавить некоторую длину трубы (14м), как сложится следующая ситуация: как бы вода ни потекла (по 1-му или по 3-му прибору), длина пути будет приблизительно одинакова, приблизительно одинаково будет и сопротивление, значит при полностью открытых кранах течение теплоносителя сильно не изменится. Безусловно, разрегулировка системы произойдёт, но в значительно меньшей степени. В данном случае возможным станет применение более дешёвой запорной арматуры. Иногда, несмотря на увеличение длины труб, подобная схема становится наиболее дешёвой, а иногда и единственно возможной.
В целом, при проверке гидравлики следует обращать внимание на наиболее нагруженные и наиболее длинные ветки системы отопления. Производить проверку всех веток не имеет смысла.
Ещё раз хочется обратить внимание на то, что тепловой и гидравлический расчёты – это сравнительно простые, но длительные и нудные процессы, которые лучше поручить специалистам. Если есть сомнения в компетентности проектировщиков, то есть смысл самому проверить некоторые контрольные величины или отдать проект на экспертизу.
В качестве примера, мы предлагаем Вам посмотреть, как приблизительно должны выглядеть проекты.
Здесь.
ООО"КомплексСтройПроект"