Гидравлический расчет трубопроводов систем холодо — и теплоснабжения, систем отопления и других систем, где в качестве энергоносителя используется вода либо раствор этиленгликоля

Это бестабличный метод расчета, использующий программируемый калькулятор типа СГГ^ЕЫ 8ЯР-325С, позволяющий записывать программу в 400 шагов (требуется менее 200) и имеющий 26 блоков памяти (требуется 16 блоков), либо самый простой ПК, воспринимающий БЕЙСИК.

Метод позволяет в несколько раз снизить время расчетов и повысить точность резу­льтатов. Методика рассчитана на любые температурные режимы энергоносителя (вода либо этиленгликоль) и трубопроводы из различных материалов (сталь, медь, металло — полимеры, сшитый полиэтилен) с различной степенью абсолютной шероховатости.

Гидравлическому расчету предшествует вычерчивание аксонометрической схемы системы, проставление на схеме номеров участков, их нагрузок в Вт и длин в м.

Для систем отопления определяется основное циркуляционное кольцо ОЦК — в двух трубной тупиковой системы отопления от распределительного коллектора до нижнего прибора самого удаленного стояка и обратно к сборному коллектору; для системы с по­путным движением воды — через нижний прибор среднего, наиболее нагруженного стоя­ка. В случае установки термостатических головок расчет ведется через верхний прибор.

Такая же схема определения ОЦК применяется и для схем тепло — и холодоснабже — ния фанкойлов (при 4-трубной схеме подача тепла и холода рассчитываются отдельно, при 2-трубной схеме система считается по холоду, как среде, создающей большее гид­равлическое сопротивление).

Системы холода — и теплоснабжения рассчитываются от генератора энергии до са­мого удаленного потребителя и обратно.

Потери давления в системе определяются суммой потерь давления на участках ОЦК и в дальнейшем определяют выбор напора циркуляционного насоса.

Методика позволяется также производить гидравлическую увязку всех ответвлений с ОЦК.

Расчетные формулы.

Скорость движения воды в трубопроводе, V, м/с:

Где () — нагрузка (тепло или холод) на участок, Вт;

М, °С — разность температур транспортируемой среды (для отопления: Д/ = / — ?0, °С,

Г ‘О’

Для холодоснабжения: Аt = t0-tx, °С);

подпись: для холодоснабжения: аt = t0-tx, °с);°гл-

О X ■

Р — плотность среды, кг/м при tcp = *г, °С или? ср = ^ ^ ?0 ,°С; (12.2)

С! в — внутренний диаметр трубопровода, мм.

А

Для этиленгликоля: V = 374—————- м/с (из-за меньшей теплоемкости) (12.3)

А/* р*ёв

Трубы черные, водогазопроводные, обыкновенные или электросварные

подпись: трубы черные, водогазопроводные, обыкновенные или электросварныеЕсли материалом трубопроводов выбирается сталь, то система монтируется из чер­ных водогазопроводных труб (ГОСТ 3262-75) или электросварных (ГОСТ 10704-91) и внутренний диаметр принимается по табл. 12.1.

Диаметр в дюймах

Условный диаметр прохода «1, мм

Фактический внутренний диаметр (1., мм

3/

/8

10

12,6

1/

/2

15

15,7

З/

/4

20

21,2

1

25

27.1

1/4

32

35,9

40

41

2

50

53

9 1/ 172

65

76,5

3

80

80,5

Таблица 12.1

Трубы черные, водогазопроводные применяются обычно до <Зу = 50, а для больших размеров используются трубы стальные бесшовные (ГОСТ 8732-78).

Маркируются бесшовные трубы по наружному (как и все остальные) диаметру и толщине стенки в мм.

Для санитарно-технических систем рекомендуются Следующие размеры бесшов­ных труб:

Таблица 12.2

Условный диаметр прохода мм

Наружный диаметр

«1..1 мм

Толщина стенки, мм

Внутренний диаметр (1., мм

50

57

3

51

65

76

3

70

80

89

3,5

82

100

108

4

100

Условный диаметр прохода df, мм

Наружный диаметр d„, мм

Толщина стенки, мм

Внутренний диаметр d„, мм

125

133

4

125

150

159

4,5

150

200

219

6

207

250

273

7

259

300

325

8

309

Сортамент медных труб маркируется по наружному диаметру и толщине стенки в мм.

Наружный диаметр d„, мм

Толщина стенки, мм

Внутренний диаметр d„, мм

Объем воды, л/м

Масса трубы,

KI

10

1,0

8

0,05

0,25

12

1,0

10

0,08

0,31

15

1,0

13

0,13

0,39

18

1,0

16

0,20

0,48

22

1,0

20

0,31

0,59

22

1.5

19

0,28

0,86

28

1.0

26

0,53

0,76

28

1,5

25

0,49

1,12

1

2

3

4

5

35

1,5

32

0,80

1,41

42

1,5

39

1,20

1,71

54

2,0

50

1,96

2,92

64

2,0

60

2,83

3,48

76,1

2,0

72,1

4,83

4,16

88,9

2.0

84,9

5,66

4,86

108

2,5

103

8,33

7,37

Таблица 12.3

Сортамент твердых медных труб по стандарту EN 1057.

подпись: сортамент твердых медных труб по стандарту en 1057.Трубы из сшитого полиэтилена со специальным слоем, препятствующим проник­новению кислорода в энергоноситель, или полипропиленовые или металлополимер­ные трубы изготавливаются различными фирмами, и их внутренние диаметры следует брать из соответствующих каталогов. Так, например, фирма KAN применяет металло­полимерные трубы PE-Xc/AL/PE-Xc диаметрами: 14/2; 16/2; 20/2; 26/3 мм (наружный диаметр и толщина стенки).

Критерий Рейнольдса определяется по формуле

R =0,001 *V*dyv, (12.4)

Где V— скорость энергоносителя, м/с; de — внутренний диаметр, мм;

— кинематическая вязкость среды, м2/с, зависящая от температуры.

Температура, 1, °С

Избыточное давление для предотвращения вскипания, Р, кПа

Плотность, р, кг/м3

Кинематическая вязкость у(ню) 10" м2/с

0

0

1000

1,79

10

0

1000

1,31

20

0

998

1,01

30

0

996

0,805

40

0

992

0,659

50

0

988

0,556

60

0

983

0,479

70

0

978

0,415

80

0

972

0,366

90

0

965

0.326

100

30

958

0,295

120

102

943

0,244

140

268

926

0,212

160

530

907

0,19

180

923

887

0,173

Таблица 12.4

Температура, 1, °С

Плотность р, кг/м3

Кинематическая вязкость, 106 м2/с

Удельная теплоемкость, С, кДж/кг°С

50

1055

1,3

3,61

20

1055

2,78

3,48

0

1055

5,85

3,44

-10

1055

9,1

3,4

-20

1055

11,7

3.38

-25

1055

15,2

3,36

-30

1055

20,5

3,33

Таблица 12.5

Кинематическая вязкость и плотность воды

подпись: кинематическая вязкость и плотность воды

Кинематическая вязкость и плотность водного раствора этиленгликоля (концентрация 42,6%, температура замерзания — 29 °С)

подпись: кинематическая вязкость и плотность водного раствора этиленгликоля (концентрация 42,6%, температура замерзания — 29 °с)Коэффициент гидравлического трения X при числе Рейнольдса менее 2200 вычис­ляется по формуле Варфоломеевой:

SHAPE \* MERGEFORMAT Гидравлический расчет трубопроводов систем холодо - и теплоснабжения, систем отопления и других систем, где в качестве энергоносителя используется вода либо раствор этиленгликоля

0,8

1 + 4

Э

С!

_

(12.5)

подпись: (12.5)

Яе

подпись: яе

При большем числе Рейнольдса (подавляющее число расчетов) — по формуле Кольбрука:

(12.6)

подпись: (12.6)

+ —

подпись: + -= -21*

Которую можно преобразовать:

подпись: которую можно преобразовать:(12.7)

-2 lg 2,51 / Re/ уіХ + Кэ / 3,7 / de

Формула Кольбрука содержит искомую величину А, в обоих частях формулы, поэто­му в программе сначала задается величина X = 0,04 и затем трижды вычисляется мето­дом последовательного приближения, так что в конечном итоге ошибка от номиналь­ной величины X составляет менее 0,1 %.

В указанных формулах Кэ — абсолютная шероховатость трубопроводов в мм: для стальных труб Кэ = 0,2 мм, для медных труб Кэ = 0,11 мм, для полимерных труб Кэ = 0,005 мм.

Падение давления на участке трубопровода, Ар, Па:

(12.8)

1000 *?1*/

подпись: 1000 *?1*/V2

*

+

подпись: +— * р, Па,

Где 1уч — длина участка, м;

С1в — внутренний диаметр, мм;

^ КМ С — сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Предварительно в калькулятор вводятся величины:

П 304 374 ,

В =—- для воды, или В = для этиленгликоля (из табл.6)

Дґ А/

С = 0,001 /V (из табл.6)

Н = р (из табл.6) кг/м3

К/3,7 для стали И = 0,054

Для меди Р = 0,03

Для полимеров Р = 0,00135

Таблица вводимых коэффициентов

подпись: таблица вводимых коэффициентовС = 2,51 1 = 1000

T t °С

T °С

T °С

V10", м2/с

Плотность Н, кг/м3

В

С

Энергоноситель — вода

40

30

35

0,732

994

30,4

1366

60

40

50

0,556

988

15,2

1798

80

60

70

0,415

978

15,2

2410

85

65

75

0,390

975

15,2

2564

Таблица 12.6

T t "С

V lx> ^

T °C

Lo’

T °C

Lcp’

V10’6, M2/c

Плотность H, кг/м3

В

С

90

70

80

0,366

972

15,2

2732

95

70

82,5

0,356

970

12,16

2809

110

70

90

0,326

965

7,6

3067

130

70

100

0,295

958

5,07

3390

150

70

110

0,268

951

3,8

3730

5

15

10

1,31

1000

30,4

763

6

12

9

1.36

1000

50,7

735

Энергоноситель — этиленгликоль

60

40

50

1,3

1055

18,7

769

-4

2

-1

6,0

1055

62,4

167

5

15

10

9,1

1055

37,4

110

Ввод коэффициентов проводится по схеме:

Число [SAVE] Буква [ENTER]

Контролируется по схеме:

[ALPHA] Буква [ENTER]

Программа вводится как до так и после ввода коэффициентов однажды, а коэффи­циенты зависят от начальных условий.

Программа №1.

10 INPUT Q, D, L, S [ENTER]

20 V = Q * B/H/D2 [ENTER]

30 PRINT «V=», V; A [ENTER] На дисплей выводится скорость среды, м/с 40R = V*D*C [ENTER]

50 Y = — 2 * LOG(12/R+F/D) [ENTER]

60 W = — 2 * LOG(G*Y/R+F/D) [ENTER]

70 U = — 2 * LOG(G*W/R+F/D) [ENTER]

80Z= U2 1 [ENTER]

90 P — V2 * (I*Z*L/D+S) * H/2 [ENTER]

100 PRINT «Р=», P; END[CL/ESC] — на дисплее потери давления на участке, Па

Принятые обозначения: Q, Вт — нагрузка на участок:

D, мм — внутренний диаметр;

L, м — длина участка;

S — сумма КМ С на участке;

Р, Па — потери давления.

Если критерий Рейнольдса (R) < 2200 (что может быть при расчете подводок к ото­пительным приборам в системах отопления с естественной циркуляцией), то вводится программа №2 на основе формулы Варфоломеевой:

Программа 2

10 INPUT Q, D, L, S [ENTER]

20 V = Q *B/H/D2 [ENTER]

30 PRINT «V=», V; [ENTER] на дисплее скорость, м/с 40R = V*D*C [ENTER]

50 PRINT «R=», R; Л [ENTER] на дисплее Рейнольдс 60 Z = [(3,7*F/D)08]*64/R [ENTER]

70 P = V2 * (I*Z*L/D+S) * H/2 [ENTER]

80 PRINT «Р=», P; END [CL/ESC] на дисплее потери давления, Па

Во всех случаях S — сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Таблица местных сопротивлений

КМС, при dT, мм

10

15

20

25

32

40

50 и более

Вентиль обычный

20

16

10

9

9

8

7

Кран шаровой или пробковый

5

4

2

2

2

2

2

КРД

5

4

2

2

Отвод 900

2

1,5

1,5

1

1

0,5

0,5

Скоба

4

3

2

2

2

2

2

Для всех диаметров:

TOC o "1-5" h z Радиатор 2,0

Внезапное расширение 1,0

Внезапное сужение 0,5

Задвижка параллельная 0,5

Тройник-проход 1,0

Тройник-поворот 1,5

Тройник-противоток 3,0

Крестовина-проход 2,0

Крестовина-поворот 3,0

Угольник 1,2

Критерии при выборе диаметров трубопроводов:

— стальные и медные трубы. Скорость движения воды: V = 0,3 — 0,8 м/с

— полимерные трубы: с1 12/2 — с114/2 V = 0,25 — 0,4 м/с

Й 16/2 — й 18/2 V = 0,35 — 0,5 м/с й 20/2 — й 25/2 V = 0,45 — 0,6 м/с выше с125/2 V = 0,5 — 0,75 м/с. Скорость воды более 0,11 м/с достаточна для удаления воздуха в горизонтальных трубопроводах.

Падение давления в термостатических вентилях может лежать в пределах 5—8 кПа, но должно поддерживать авторитет вентиля в пределах 0,3 — 0,7.

Пример расчета системы холодоснабжения фанкойлов, установленных в 3-этажном здании банка

Исходные данные:

Холодоноситель — раствор этиленгликоля с температурой замерзания 1ъ = -29 °С, по­лучаемый отчиллера, установленного на крыше. Параметры раствора: 1Х = 15 °С, 10 = 5°С. Трубопроводы системы — медные.

Аксонометрическая схема системы холодоснабжения (южный фасад).

Гидравлический расчет трубопроводов систем холодо - и теплоснабжения, систем отопления и других систем, где в качестве энергоносителя используется вода либо раствор этиленгликоля

Устанавливаем параметры переменных величин для ввода в микрокалькулятор: В = 37,4

С= по

Н= 1055

F = 0,03 (для меди)

G = 2,51 и I = 1000 введены ранее, они не меняются.

Включаем режим RUN программирования и вводим нагрузку Q, Вт, внутренний диаметр D, мм, длину L, м, и сумму KMC, S.

Таблица гидравлического расчета холодопроводов

Участка

Qs нагрузка, Вт

Длина 1, м

D,, мм

Скорость V, м/с

Коэффициенты местных сопротивлений по участкам

Падение давления Р„, Па

1

3800

7,2

16

0,526

Отводы 4*2=8, Тройник —проход =2

5730

2

7800

10

20

0,691

2 тройника на проход 2*1 = 2

7380

3

11000

10

26

0,576

2 тройника на проход 2*1 = 2

3930

4

14800

9,6

26

0,776

2 тройника на проход 2*1 =2

6290

5

19000

15,6

32

0,658

2 тройника на проход 2*1 =2 7отводов 7*1 = 7

7330

6

35000

8

39

0,815

2 тройника на проход 2*1 = 2

3710

7

56000

25,6

50

0,794

12 отводов 12*1 = 12

10650

£45020 па

Потери в трубопроводах составят 45 кПа. К ним следует добавить потери в теп­лообменнике фанкойла и трехходовом регулирующем клапане (20-25 кПа) и ба­лансировочных клапанах на ответвлении (5-10 кПа). С учетом 10 % надбавки на неучтенные потери следует подбирать циркуляционный насос насосной станции чиллера.

Пример расчета 2-трубной системы отопления с нижней разводкой магистралей и по­путным движением воды для 2-этажного жилого дома (подвал отапливаемый)

Исходные данные.

Параметры теплоносителя: 1г = 80 °С, 1:0 = 60 °С.

Отопительные приборы: стальные штампованные радиаторы с нижней подводкой теплоносителя и термостатическими вентилями.

Материал трубопроводов: магистрали из стальных водогазопроводных труб, стояки и подводки — из металлополимерных труб РЕ-Хс/АЬ/РЕ-Хс.

Источник тепла: газовая котельная, пристроенная к дому.

Аксонометрическая схема системы отопления

Гидравлический расчет трубопроводов систем холодо - и теплоснабжения, систем отопления и других систем, где в качестве энергоносителя используется вода либо раствор этиленгликоля

Поворот на 90

подпись: поворот на 90

Поворот на 90

подпись: поворот на 90

Прибор верхнего этажа

<Ь-

подпись: прибор верхнего этажа
<ь-

Узел

подпись: узел

Подсоединения стояка с магистралью стояк

подпись: подсоединения стояка с магистралью стояк

Термостатический і I вентиль

подпись: термостатический і i вентиль

Тройник с прбкой для слива воды

подпись: тройник с прбкой для слива воды

На вторую половину дома

подпись: на вторую половину дома

Воздухо-

Выпускнойной

Кран

подпись: воздухо-
выпускнойной
кран

Т1

подпись: т1Узел подключения с вентилями

Т2

К стояку

Устанавливаем параметры переменных величин для ввода в микрокалькулятор:

В = 15,2 С = 2410 Н = 978

F = 0,054 для стали F = 0,00135 для металлополимеров.

Включаем режим RUN программирования и вводим для каждого участка нагрузку Q, Вт, внутренний диаметр D, мм, длину L, м, и сумму KMC, S.

Основное циркуляционное кольцо проходит через средний стояк 3. После расчета ОЦК выполняем расчет через первый стояк 1 и последний стояк 5.

Таблица гидравлического расчета трубопроводов системы отопления

Участ.

Нагрузка О. Вт

(ІВ,

Мм

Длина Ь, м

Скорость V, м/с

Сумма КМС

Потери давления Р, Па

1

2

3

4

5

6

7

Основное циркуляционное кольцо через стояк 3

7

21000

27,1

5,4

0,444

Задвижка 0,5. Внезап. Сужение 0,5 3 отвода 3 х1=3 Е = 4,0

1091

8

16200

21,2

6,2

0.560

Тройник — проход 1,0

1914

9

12000

21,2

8,4

0,414

Тройник — проход 1,0 отвод 1,0 £ = 2,0

1500

19

5000

16

0,6

0,303

2 отвода 2×2=4 Вентиль 16 Тр — поворот 1,5 £ = 21,5

1020

20

4400

12

3,2

0.475

Тройник — проход 1,0

967

21

2400

10

3,2

0,373

Крестовина — проход 2,0

843

22

1200

10

1,2

0.187

Тр-поворот 1,5, отвод 2,0, Вентиль 20, Радиатор 2,0, Термостат=5кПа X = 25,5

5513

23

1200

10

1,3

0,187

Отвод 2,0 Тр-противоток 3,0 Вентиль 20 I = 25,0

512

24

2400

10

3,2

0,373

Крестовина — проход 2,0

843

25

4400

12

3,2

0,475

Тройник-проход 1,0

967

26

5000

16

0,6

0.303

2 отвода 2×2=4 Тр-поворот 1,5 Вентиль 16 £ = 21,5

1020

4

14000

21,2

7,6

0.484

Тройник-проход 1,0 отвод 1,0 £ = 2,0

1853

5

17800

27,1

6.2

0.377

Тройник-проход 1,0

657

6

21000

27,1

12,4

0,444

4 отвода 4×1=4 Задвижка 0,5 внезап. Расшир. 1,0 I = 5,5

2150

ДР ОЦК = 20850 Па

Гидравлическое кольцо через стояк 1 (первый)

Расчетное циркуляционное давление:

Д Р рас = А Р участков 8,9,19 ^ 26 = 15100 Па

27 ‘

4800

16

0,6

0.291

2 отвода 2×2=4, Вентиль 16, Тр-поворот 1,5 Е = 21,5

940

28

4000

12

3,2

0,431

Тройник-проход 1,0

816

29

2200

10

3,2

0,342

Крестовина-проход 2,0

722

30

1100

10

1,2

0,171

Тр-поворот 1,5, отвод 2,0, Вентиль 20, Радиатор 2, Термостат 5 кПа I = 25,5

5433

31

1100

10

1,3

0,171

Отвод 2,0 Тр-противоток 3,0 Вентиль 20 Ъ = 25,0

432

32

2200

10

3,2

0,342

Крестовина-проход 2,0

722

33

4000

12

3,2

0,431

Тройник-проход 1,0

816

1

2

3

4

5

6

7

34

4800

16

0,6

0,291

2 отвода 2×2=4, Вентиль 16, Тр-поворот 1,5 I = 21,5

940

2

4800

15,7

6,2

0.303

Отвод 2,0 Тройник-проход 1,0

846

3

9000

15,7

8,4

0,567

Тройник-проход 1,0

3821

15488

Навязка давления Д = ГП5 100 — 15 484У151001 х100% = 2,5% < 5%

Гидравлическое кольцо через стояк 5 (последний)

Расчетное циркуляционное давление:

ДР рас = ДР участков 19 ^ 26,4,5 = 14 195 Па

1

2

3

4

5

6

7

10

7000

15,7

7,6

0,441

Тройник-проход 1,0

2128

11

3200

15,7

6,6

0.202

Отвод 2,0 Вентиль 16 Тр-проход1,0 Е=19,0

772

12

2800

10

3,2

0,435

Тройник-проход 1,0

1019

13

1600

10

3,2

0,249

Крестовина-проход 2,0

410

14

800

10

1,2

0,124

Тр. поворот 1,5 Отвод 2,0 Вентиль 20 Радиатор 2 Термостат 5 кПа Е = 25,5

5232

15

800

10

1,3

0,124

Отвод 2;0 Тр-противоток 3,0 Вентиль 20 Е = 25,0

232

16

1600

10

3,2

0,249

Крестовина-проход 2,0

410

17

2800

10

3,2

0,435

Тройник-проход 1,0

1019

18

3200

10

0,8

0,497

2 отвода 2×2=4,0 Тр-поворот 1,5 Вентиль 16 2 = 21,5

2893

14115

Невязка давления : Д = Г(14 195 — 14 115)/141951 х 100% = 0,6% < 5%

Posted in Системы вентиляции и кондиционирования