Учебное пособие 800614

Следует учитывать, что местное сопротивление на границе двух участков относят к участку, который имеет меньший расход теплоносителя.

Значение к.м.с. заносим в графу 9 табл. 7, а значения РДИН в графу 10. Величину потерь давления в местных сопротивлениях Z записываем в

графу 11, а в графу 12 – сумму потерь давления Rl+Z.

Общие потери давления в основном циркуляционном кольце Σ(Rl+Z)ОЦК, полученные путем суммирования потерь давления на трение и в местных сопротивлениях на всех участках основного циркуляционного кольца (графа 12, табл. 7), сопоставляем с расчетным циркуляционным давлением.

Расчет основного циркуляционного кольца считается законченным, если выполняется условие:

Действительный запас расчетного давления, %, вычисляем по формуле

∆РР − ∑(Rl + Z)ОЦК 100 . (35)

∆РР

Если запас меньше 5 % или больше 10 %, то следует изменить диаметры трубопроводов отдельных участков кольца циркуляции таким образом, чтобы потери давления соответственно увеличились (при уменьшении диаметров труб) или уменьшились (при увеличении диаметров).

По величине ∆РН и расходу воды в системе отопления выбираем марку насоса для системы отопления, пользуясь сводными графиками прил. 10. Остальное оборудование ИТП должно обеспечивать потери давления, равные располагаемому давлению в тепловой сети. Подбор оборудования ИТП следует осуществлять по каталогам производителей.

Пример 4.1. Выполнить гидравлический расчет двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и тупиковым движением воды (рис. 4.4).

Располагаемое давление в тепловой сети на вводе в здание РП - РО = 52,5 кПа. Температура воды в подающей магистрали тепловой сети - ТГ = 150 оС, в обратной - ТО = 70 оС.

Тепловые нагрузки, длина участков и другие расчетные данные

∆РЕ =1,5 9,81 (977,81−961,92) = 238 Па.

31

По формуле (28) находим расчетное располагаемое давление для системы отопления:

∆РР = 6152 + 238 = 6390 Па.

Определяем среднее значение удельной линейной потери давления на трение в основном циркуляционном кольце по формуле (32):

= 0,65 6390 =

R 55,9 Па/м.

Дальнейший расчет сводится в табл. 7. Приведенные в табл. 7 данные получены по [9, прил. II].

Коэффициенты местных сопротивлений (графа 9, табл. 7), принятые по [6, прил. 5], приведены в табл. 8.

В графу 10 табл. 7 заносим значение РДИН, принимаемое по [6, прил. 7] при соответствующей скорости движения теплоносителя на каждом участке.

По формуле (35) определяем запас расчетного давления:

6390 −6063 100 = 5,1 %, что допустимо. 6390

По величине ∆РН = 6152 Па и расходу воды в системе отопления G = 1540 кг/ч = 0,43 л/с выбираем марку насоса для системы отопления, пользуясь сводными графиками прил. 10.

К установке принимаем циркуляционный насос для системы отопления марки GRUNDFOS серии UPS 32-20.

При реконструкции жилых зданий в качестве смесительной установки в оборудовании ИТП может применяться элеватор.

Подробное описание таких тепловых пунктов, их схемы, а также принцип работы элеватора даны в [6, § 78].

Расчет элеватора сводится к определению диаметра его горловины, мм, по выражению (36) для его подбора по серийным данным табл. 9, вычислению диаметра сопла элеватора, мм, по соотношению (37):

где GС.О. – расход воды в системе отопления, определяемый по формуле (27), кг/ч;

Σ(Rl+Z)ОЦК - общие потери давления в основном циркуляционном кольце, Па;

где u – коэффициент смешения, вычисляемый по формуле (30). Пример 4.2. Требуется подобрать элеватор для следующих условий:

QОТ = 43158 Вт;

температура воды в тепловой сети - TГ = 150 оС, TО = 70 оС; параметры воды в системе отопления - tГ = 95 оС, tО = 70 оС; разность давления в тепловой сети РП – РО = 52,5 кПа.

Решение. По формулам (27) и (30) определяем расход воды в системе отопления и коэффициент смешения:

Вычисляем давление, создаваемое элеватором, по формуле (29):

Определяем расход воды, подаваемой в систему отопления из тепловой сети, по формуле (27):

Расход воды, подмешиваемой GПОД из обратной магистрали системы отопления в элеватор, составляет:

GПОД = GС.О. −GТ.С. =1540 −481 =1059 кг/ч.

Вычисляем диаметр горловины элеватора по формуле (36):

По табл. 9 принимаем к установке стандартный элеватор № 1, имеющий диаметр горловины 15 мм, т.е. близкий к полученному по формуле.

После подбора серийного элеватора вычисляем диаметр его сопла по формуле (37):

dC = 1+152,2 = 4,69 5 мм.

4.3. Автоматизированные узлы управления систем водяного отопления

4.3.1. Необходимость создания тепловых пунктов

Для приготовления воды соответствующих параметров в зданиях создаются тепловые пункты (ТП). Тепловой пункт соединяет систему отопления и тепловую сеть и является составной частью системы отопления.

Устройство ИТП обязательно для каждого здания, при этом в ИТП осуществляются только те функции, которые необходимы для систем потребления теплоты данного здания.

Втепловых пунктах (ТП) размещается оборудование, арматура, приборы контроля, учета, управления и автоматизации, посредством которых осуществляется:

- преобразование вида теплоносителя или его параметров; - контроль параметров теплоносителя;

- регулирование параметров теплоносителя и распределение его по системам потребления теплоты; - отключение систем теплопотребления;

- заполнение и подпитка систем потребления теплоты (поэтому из вышеперечисленного оборудования, как правило, компонуется узел управления системой отопления); - учет расхода теплоты, расхода теплоносителя и конденсата;

- сбор, охлаждение, возврат конденсата, аккумулирование теплоты.

Внастоящее время системы водяного отопления присоединяют к тепловым сетям по следующим схемам:

1 - зависимая прямоточная;

2 - зависимая со смешиванием воды при помощи водоструйного элеватора;

3 - зависимая со смешиванием воды при помощи насоса; 4 - независимая схема.

4.3.2.Объемно-планировочные и конструктивные решения ИТП

ИТП допускается размещать в технических подпольях и подвалах зданий. Допускается предусматривать ИТП пристроенными к зданиям или отдельно стоящими, причем тепловые пункты должны иметь

34

самостоятельный выход наружу или в лестничную клетку, а двери должны открываться наружу.

Ширину проходов в свету следует принимать не менее: между насосами с электродвигателями с напряжением до 1000 В - 1м, между насосом и стеной - 1м, между неподвижными выступающими частями оборудования - 0,8 м.

Крепление неподвижного оборудования (грязевики, задвижки, элеваторы и др.) и трубопроводов с арматурой разрешается непосредственно к стене, при этом минимальное расстояние в свету (с учетом тепловой изоляции) до стены должно быть не менее 0,2 м.

Допускается установка насосов с электродвигателями напряжением до 1000 В у стены без прохода, при этом расстояние от выступающих частей до стенки должно быть не менее 0,3 м. Разрешается установка двух насосов на одном фундаменте без прохода между ними, но с обеспечением при этом проходов шириной не менее 1 м. Минимальная высота помещения от отметки чистого пола до перекрытия (в свету) для ИТП должно быть не менее 2,2 м.

4.3.3 Циркуляционный насос системы отопления

Циркуляционный насос включают, как правило, в обратную магистраль системы отопления для увеличения срока службы деталей, взаимодействующих с горячей водой. Вообще же, для создания циркуляции воды в замкнутых кольцах местоположение циркуляционного насоса не имеет значения. При необходимости для понижения гидростатического давления в теплообменнике или котле насос может быть включен и в подающую магистраль системы отопления, если, конечно, его конструкция рассчитана на перемещение воды с более высокой температурой.

Мощность циркуляционного насоса определяется количеством перемещаемой воды и развиваемым при этом давлением.

Количество воды, подаваемой насосом за данный промежуток времени, отнесенное к этому промежутку (обычно к 1ч), называют подачей насоса LН, м3/ч. В технике отопления объемную подачу насосом горячей воды заменяют массовым расходом GН, не зависящим от температуры воды:

GН = ρ·LН. (38)

Для циркуляционного насоса, включенного в общую магистраль, расход перемещаемой воды GН равен общему расходу воды в системе отопления GС, т.е.

где GС – общий расход воды в системе отопления, рассчитывается по формуле (27).

Возможны три случая определения необходимого значения ∆рН.

35

В первом случае в вертикальной системе насосного водяного отопления всегда действует, помимо давления, создаваемого насосом, естественное циркуляционное давление ∆рЕ. Следовательно, если потери давления при циркуляции воды в системе известны (обозначим их ∆рС), то необходимое циркуляционное давление насоса должно составить

∆рН = ∆рС – ∆рЕ, (40)

В этом случае значение потерь давления при циркуляции воды в системе отопления ∆рС получают из гидравлического расчета. Как известно, потери зависят от скорости движения воды в трубах, для которой существует предел повышения, связанный с экономическим и акустическим ограничениями.

Экономия капитальных вложений в систему, связанная с уменьшением диаметра труб при повышении скорости, целесообразна до определенного предела (около 1,5 м/с в жилых зданиях), пока она перекрывает увеличение эксплуатационных затрат на электроэнергию, расходуемую насосом.

Акустическое ограничение скорости связано с возникновением шума при движении воды через арматуру систем отопления, недопустимого во многих зданиях по их назначению (например, в жилых зданиях). Поэтому в СНиП установлена предельно допустимая скорость движения воды в трубах систем отопления, связанная с назначением здания и видом применяемой в системе арматуры.

Следовательно, проводя гидравлический расчет при скорости движения воды в трубах, равной или близкой к предельно допустимой, можно получить бесшумную, достаточно экономную по капитальным затратам систему. Затем, определив потери давления в ней (включая потери в трубах и оборудовании теплового пункта), найти значение ∆рН по формуле (40).

Во втором случае, значение ∆рН можно получить, заранее выбрав типоразмер насоса. Тогда, добавив к нему естественное циркуляционное давление ∆рЕ. определяют исходное значение циркуляционного давления для проведения гидравлического расчета.

На рис. 4.5 показана схема присоединения труб к циркуляционным насосам.

Рис. 4.5. Схема присоединения труб к циркуляционным насосам: 1 – насос; 2 – задвижка; 3 – обратный клапан

36

Возможен и третий случай, относящийся к зависимым схемам присоединения систем отопления, при котором значение ∆рН фактически задается как разность давления в наружных теплопроводах в месте ввода их в здание.

Здесь, в частности, возможно присоединение системы к наружным теплопроводам через водоструйный элеватор.

Тогда ∆рН определяют по формуле (28).

Мощность насоса пропорциональна произведению секундной подачи на создаваемое циркуляционное давление. Мощность электродвигателя NЭ, Вт, определяется с учетом КПД насоса ηН и необходимого запаса мощности k по формуле

∆рН - давление насоса, Па.

Коэффициент запаса k, учитывающий пусковой момент, получает наибольшее значение (до 1,5) при минимальной мощности электродвигателя.

4.3.4. Смесительная установка системы водяного отопления

Смесительную установку (смесительный насос или водоструйный элеватор) применяют в системе отопления для понижения температуры воды, поступающей из наружного подающего теплопровода, до температуры, допустимой в системе tГ. Понижение температуры происходит при смешении высокотемпературной воды с обратной (охлажденной до температуры t0) водой местной системы отопления.

Смесительную установку используют также для местного качественного регулирования теплопередачи отопительных приборов системы, дополняющего центральное регулирование на тепловой станции. При местном регулировании путем автоматического изменения по заданному температурному графику температуры смешанной воды в обогреваемых помещениях поддерживаются оптимальные тепловые условия. Кроме того, исключается перегревание помещений, особенно в осенний и весенний периоды отопительного сезона. При этом сокращается расход тепловой энергии.

Поток охлажденной воды, возвращающейся из местной системы отопления, делится на два: первый в количестве G0 направляется к точке смешения, второй в количестве G1 - в наружный обратный теплопровод. Соотношение масс двух смешиваемых потоков воды охлажденной G0 и высокотемпературной G1 называют коэффициентом смешения u, который находят из соотношения (30).

Смешение происходит в результате совместного действия двух аппаратов - циркуляционного сетевого насоса на тепловой станции и смесительной установки (насоса) в отапливаемом здании.

37

Смесительный насос можно включать в перемычку между обратной и подающей магистралями, в обратную или подающую магистраль системы отопления (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Принципиальные схемы смесительной установки с насосом на перемычке между магистралями системы отопления (а),

на обратной магистрали (б), на подающей магистрали (в): 1- смесительный насос;

2 - регулятор температуры;

3 - регулятор расхода воды в системе отопления

Смесительный насос, включенный в перемычку, подает в точку смешения А воду, повышая ее давление до давления высокотемпературной воды. Таким образом, в точку смешения поступают два потока воды в результате действия двух различных насосов - сетевого и местного, включенных параллельно. Насос на перемычке действует в благоприятных температурных условиях (при температуре t0≤70ºС) и перемещает меньшее количество воды, чем насос на обратной или подающей магистрали (G0 < GC). Насос на перемычке, обеспечивая смешение, не влияет на величину циркуляционного давления для местной системы отопления, которая определяется разностью давления в наружных теплопроводах.

Смесительный насос включают непосредственно в магистрали системы отопления, когда разность давления в наружных теплопроводах недостаточна для нормальной циркуляции воды в системе. Насос при этом, обеспечивая помимо смешения необходимую циркуляцию воды, становится циркуляционно-смесительным.

Насос на обратной или подающей магистрали перемещает всю воду, циркулирующую в системе. Включение насоса в общую магистраль системы отопления позволяет увеличить циркуляционное давление в ней до необходимой величины независимо от разности давления в наружных теплопроводах. Условия смешения воды аналогичны: в точку А поступают

38

два потока воды также в результате действия двух насосов - сетевого и местного, с той лишь разницей, что насосы включаются последовательно (по направлению движения воды).

Насос, включаемый в общую подающую магистраль, предназначают не только для смешения и циркуляции, но и для подъема воды в верхнюю часть системы отопления высокого здания. Смесительный насос становится также циркуляционно-повысительным.

Смесительных насосов, как и циркуляционных, устанавливают два - с параллельным включением в теплопровод (см. рис. 4.5), однако действует всегда один из насосов, другой резервный.

Смешение воды может осуществляться и без местного насоса. В этом случае смесительная установка оборудуется водоструйным элеватором.

4.3.5. Рекомендуемый автоматизированный узел управления системами отопления

Согласно существующим требованиям следует предусматривать комплексное автоматическое регулирование параметров теплоносителя и адекватную этим задачам конструкцию систем отопления. В автоматизированных узлах управления осуществляется приготовление теплоносителя требуемых параметров в зависимости от температуры наружного воздуха.

Обоснованность применения автоматизированных узлов управления (АУУ) (разновидность ИТП) подтверждена расчетами и опытом их использования в нашей стране.

Применение автоматизированных узлов управления ИТП позволяет поддерживать в отапливаемых помещениях расчетную температуру воздуха при обеспечении экономии тепловой и электрической энергии, а также выполнять оплату за тепловую энергию по факту ее потребления. Кроме того, применение таких узлов управления позволяет улучшить теплогидравлический режим работы всей системы отопления и снизить температуру обратной воды на выходе из системы отопления до нормируемого значения (70°С).

Для опорожнения от воды нижних частей системы отопления, откуда вода не может самостоятельно сойти в канализацию, используется ручной поршневой насос “Родник”. На рис. 4.7 показана схема присоединения ручного насоса 4 к системе отопления.

39

Рис. 4.7. Схема обвязки ручного насоса «Родник»

Для опорожнения системы трубопроводы шлангом соединяют с ручным насосом и открывают пробковый кран 7. Вода проходит по обводной линии и сливается в раковину по трубопроводу 8, а затем в канализацию (при этом пробковый кран 6 должен быть закрыт). При откачке воды насосом из нижней части системы отопления должны быть открыты краны 6 и 5, а кран 7 закрыт.

Вентиль 1 служит для отключения подачи воды из водопровода. Трехходовой кран 3 служит для установки манометра, а обратный клапан 2 препятствует стоку воды из системы отопления в водопроводную трубу при открытом вентиле 1 и в случае падения давления в водопроводе.

В прил. 9 приведена спецификация оборудования узла управления, рекомендованного к применению при выполнении курсового проекта и представленного на рис. 4.8.

4.4.Определение площади поверхности

ичисла элементов отопительных приборов

Для расчета площади поверхности отопительных приборов прежде всего необходимо определить номинальную плотность теплового потока qНОМ, Вт/м2, которая получена путем тепловых испытаний отопительного прибора при стандартных условиях работы в которые входят следующие параметры: температура входящей в прибор воды - 105 оС; выходящей - 70 оС; температура воздуха в помещении - 18 оС; расход воды в приборе - 0,1 кг/с; атмосферное давление - 1013,3 гПа.

40