Система водяного отопления представляет собой раз­ветвленную закольцованную сеть труб и приборов, запол­ненных водой. Вода в течение отопительного сезона нахо­дится в постоянном кругообороте. По трубам (теплопрово­дам) нагретая вода распределяется по приборам, охлаж­денная в приборах вода собирается воедино, нагревается в теплообменнике и вновь направляется к приборам. Тепло­проводы предназначены для доставки и передачи в каждое помещение обогреваемого здания необходимого количества тепловой энергии. Так как теплопередача происходит при охлаждении определенного количества воды, требуется выполнить гидравлический расчет системы.

Гидравлический расчет проводится по законам гид­равлики. Расчет основан на следующем принципе: при установившемся движении воды действующая в системе разность давления (насосного и естественного) полностью расходуется на преодоление сопротивления движению.

Правильный гидравлический расчет предопределяет ра­ботоспособность системы отопления. Точный расчет системы связан с решением большого числа нелинейных уравнений. Решение затрудняется при выполнении требований СНиП применять трубы по имеющемуся сортаменту. В этих усло­виях гидравлический расчет заключается в подборе по сортаменту площади поперечного сечения (диаметра) труб, достаточной для подачи нужного количества воды в прибо­ры системы. Потери давления при перемещении требуемого количества воды по трубам принятого диаметра определя­ют гидравлическое сопротивление системы.

Гидравлическое сопротивление системы, как установле­но, должно соответствовать действующей разности давле­ния, а в расчетных условиях циркуляции воды —• расчетному циркуляционному давлению (см. §7.5).

Гидравлический расчет выполняют по пространственной схеме системы отопления, вычерчиваемой обычно в аксоно­метрической проекции. На схеме системы выявляют цир­куляционные кольца, делят их на участки и наносят тепло­вые нагрузки. В циркуляционное кольцо могут быть вклю­чены один (двухтрубная система) или несколько (однотруб­ная система) отопительных приборов и всегда теплогенера­тор, а также побудитель циркуляции теплоносителя в на­сосной системе отопления.

Участком называют трубу постоянного диамегра с одним и тем же расходом теплоносителя. Последовательно со­единенные участки, образующие замкнутый контур цир­куляции воды через теплогенератор, составляют циркуля­ционное кольцо системы.

Тепловая нагрузка прибора (точнее прибора с прилега­ющим этажестояком) принимается равной расчетным тепло - потерям помещений Qu (за вычетом теплопоступлений, если они имеются).

Тепловая нагрузка участка Qyq составляется из тепло­вых нагрузок приборов, обслуживаемых протекающей по участку водой:

Qv4 = 2Qn. (8.1)

Для участка подающего теплопровода тепловая на­грузка выражает запас теплоты в протекающей горячей воде, предназначенной для последующей (на дальнейшем пути воды) теплопередачи в помещения; для участка об­ратного теплопровода — потери теплоты протекающей охлажденной водой при теплопередаче в помещения (на предшествующем пути воды). Тепловая нагрузка участка предназначена для определения расхода воды на участке в процессе гидравлического расчета.

Расход воды на участке Gy4 при расчетной разности температуры воды в системе Tv—10 по аналогии с формулой (6.7) с учетом дополнительной теплоподачи в помещения

(8-2)

Где Qy4 — тепловая нагрузка участка, найденная по формуле (8.1); Pi » Р) — поправочные коэффициенты, учитывающие дополни­тельную теплоотдачу в помещения [см, пояснения к формуле (4.21)]; с — удельная массовая теплоемкость воды, равная 4,187 кДж/ (кг • К).

Для получения расхода воды на участке в кг/ч тепловую нагрузку в Вт следует выразить в кДж/ч, т. е. умножить на 3600 : 1000=3,6.

Пример 8.1. Тепловая нагрузка участка равна 7000 Вт (вклю­чая поправочные коэффициенты и Р2). Это означает, что вода, протекающая на участке, передаст (или уже передала, если это участок обратного теплопровода) в помещения тепловой поток 7000 Вт. Если при этом вода охладится (или уже охладилась) от 95 до 70 X, т, е. на 25 °С, то расход воды на участке по формуле (8.2) составит

„ 7000-3,6 ..п.

С>" = 4Л87^5 = 24° КГ/Ч-

Тепловая нагрузка системы отопления в целом равна сумме тепловых нагрузок всех приборов (теплопотерь помещений). По общей теплопотребности для отопления здания определяют расход воды в системе [формула (6.7)]

[пояснения — см. формулу (8.2)].

Гидравлический расчет связан с тепловым расчетом отопительных приборов и труб. Требуется многократное повторение расчетов для выявления действительных рас­хода и температуры воды, необходимой площади приборов. Для этого используют ЭВМ. При расчете вручную сначала выполняют гидравлический расчет системы, принимая средние значения коэффициента местного сопротивления (KMC) приборов, затем — тепловой расчет труб и приборов.

Если в системе применяют конвекторы, в конструкцию которых входят трубы Dy=15 и 20 мм, то для более точного расчета предварительно определяют длину этих труб, а после гидравлического расчета с учетом потерь давления в трубах приборов, уточнив расход и температуру воды, вно­сят поправки в размеры приборов.

При гидравлическом расчете потери давления па каж­дом участке Д/гуч, Па, циркуляционных колец системы отопления определяют по формуле Дарси — Вейсбаха, известной из курса гидравлики

X, рw2 pw2

По формуле (8.4) находят падение гидростатического давления в потоке воды вследствие линейной потери (пер­вое слагаемое) при трении о стенки трубы и местных со­противлений (второе слагаемое) из-за деформации потока в фасонных частях, арматуре и приборах.

В формуле (8.4)?i — коэффициент гидравлического трения, оп­ределяющий в долях гидродинамического давления (рш2/2, Па)

Линейную потерю гидростатического давления на длине трубы, равной ее внутреннему диаметру DB, м; 1уч—длина участка, м; 2 £уч—сумма KMC на участке, выражающая местные потеря гидростатического давления в долях гидродинамического давления (значения KMC приведены в справочной литературе); р и w — соот - ' ветственно средняя плотность, кг/м3, и скорость движения, м/с, воды на участке.

Коэффициент гидравлического трения К зависит от режима движения жидкости (ламинарного или турбулентно­го) в трубах и приборах систем отопления.

При ламинарном движении воды коэффициент гидрав­лического трения по формуле Пуазейля с поправкой на шероховатость труб (действительная в диапазоне изменения числа Рейиольдса от 300 до 7000)

При турбулентном движении воды в трубах (во всей области турбулентного режима от гидравлически гладких до вполне шероховатых труб) наиболее часто (с учетом за­рубежной практики) используют формулу Колбрука (в оте­чественной практике применяют также формулу А. Д. Альт - шуля):

(8.6)

Турбулентное движение воды наблюдается в современ­ных насосных системах (особенно однотрубных) много­этажных зданий.

Ламинарное движение встречается в чугунных отопи­тельных приборах и в трубах систем с естественной цирку­ляцией воды малоэтажных зданий.

Коэффициент гидравлического трения дополнительно возрастает при малой скорости движения в связи со значи­тельным охлаждением воды в трубах.

Коэффициент местного сопротивления (KMC) £ зависит в основном от геометрической формы препятствий движе­нию (арматура, приборы, воздухосборники, грязевики, коллекторы и т. п.), изменения направления движения и расхода воды (в тройниках, крестовинах, отводах, скобах, утках, калачах и других фасонных частях).

Значения KMC, как правило, определяют опытным путем и при гидравлических расчетах насосных систем отопления усредняют (хотя известно, что £ увеличивается под влия­нием вязкости при малой скорости движения воды). Для тройников и крестовин находят по отдельности значения KMC для прямых проходов и ответвлений, отнесенные к гидродинамическому давлению в потоках до их слияния или после деления в этих фасонных частях, тек участкам с меньшим расходом воды Например, KMC равносторон­него тройника при делении потока воды пополам составля­ют: на проходе 2,2, на ответвлении 5,4, при слиянии рав­ных потоков соответственно 2,2 и 2,0 (число два означает, ьто потеря гидростатического давления при слиянии боко - юго потока с прямым равна двум единицам гидродинами­ческого давления причем гидродинамическое давление под­считано по значению скороди движения воды в боковом от­ветвлении).