Гидравлический расчет однотрубной системы отопления

ГОУ ВПО «Северо-восточный федеральный университет имени М.К. Амосова»

Инженерно-технический факультет Реферат По дисциплине: «Теплогазоснабжение и вентиляция»

На тему: «Гидравлический расчет однотрубной системы отопления»

Выполнил: ст. гр. ГСХ-08

Ханин М.А.

Проверила: Попова М.В.

г. Якутск, 2011

• Введение
• 1. Устройство систем отопления
• Инерционность систем отопления
• Способы подключения отопительных приборов
• Принципы проектирования системы отопления
• Однотрубная система водяного отопления
• Заключение

Задачей гидравлического расчета является определение диаметров подающих трубопроводов и потерь напора.

Исторически гидравлика является одной из самых древних наук в мире. Археологические исследования показывают, что еще за 5000 лет до нашей эры в Китае, а затем в других странах древнего мира найдены описания устройства различных гидравлических сооружений, представленные в виде рисунков (первых чертежей). Естественно, что никаких расчетов этих сооружений не производилось, и все они были построены на основании практических навыков и правил.

Гидравлика (техническая механика жидкости) — прикладная часть гидромеханики, которая использует те или иные допущения для решения практических задач. Она обладает сравнительно простыми методиками расчета по сравнению с теоретической механикой жидкости, где применяется сложный математический аппарат. Однако гидравлика дает достаточную для технических приложений характеристику рассматриваемых явлений.

1. Устройство систем отопления

Инерционность систем отопления

Инерционность системы отопления — это характеристика, определяющая насколько быстро система может нагреваться и охлаждаться. Инерционность системы зависит от количества теплоносителя, его качественных характеристик (вода или спец теплоноситель), входящего в систему, от типа и количества труб и от размеров отопительных приборов, а так же от количества углов поворота в системе, правильно выбранный котловой коллектор или распределительная гребенка Например инерционной системой является гравитационная система основанная на чугунном котле, имеющая большой диаметр стальных труб, чугунные батареи, вмещающие большое количество воды, и дополнительно аккумулирующий бак, содержащий свыше 1 м³ воды.

Примером динамичной системы является система на газовом котле с циркуляционным насосом, разводка из металлопластиковых труб, легкие алюминиевые радиаторы. Котел оборудован автоматикой, определяющей температуру по комнатам, и на улице и выдающей строго определенную температуру воды на выходе.

Динамичная система

Обычно люди, занимающиеся установкой систем отопления считают, что система должна быть максимально динамична. Конечно, динамичная система обладает многими достоинствами. Динамичная система позволяет с большой точностью регулировать температуру в помещениях; правильно и быстро реагировать на резкие изменения температуры (например, открыли форточку, солнце светит в окно). Однако, за эти достоинства приходится платить.

Одним из минусов (или точнее конструкционных особенностей) является то, что динамичная система должна быть основана на котле, поддающимся автоматизации, т. е. газом, дизельном или, на худой конец, на котле на пеллетах. Динамичная система должна обладать хорошей системой автоматизации, чтобы правильно реагировать на изменения среды, а это значит что она стоит денег.

Наконец, динамичная система жизненно необходима только тогда, когда существуют резкие возмущения температуры в помещении, т. е. если сам дом обладает низкой тепловой инерцией. Наиболее яркий пример — каркасный дом, стены в котором не сохраняют тепло в общем смысле, а только теплоизолируют внутренний воздух от внешнего, т. е. если открыть форточку и заменить воздух в комнате на наружный холодный воздух, стены не смогут его прогреть и, в этом случае, действительно, система отопления должна быстро среагировать и нагреть свежий воздух в помещении. В каменном доме достоинства динамичной системы теряются, поскольку на охлаждение стен комнаты понадобиться значительное время и резкие изменения температуры в комнате невозможны.

Часто нагреть или остановить нагрев (например, при солнечной погоде) в определенной комнате не регулируя температуру возда в других не представляется возможным. Обычно это промахи проектирования или выбора системы или даже выбора составляющих системы: диаметра и длины трубопровода, маленький аккумуляторный или расширительный бак, не правильно подобран коллектор отопительный котловой. Поэтому правильно всегда после изучения возможных систем отопления всегда обращаться к специалистам. Это исключит многие будущие хлопоты.

Инерционная система

В каменных домах инерционная система работает на равне с динамичной, однако существуют ситуации в которых требуется высокая инерционность системы. Эта ситуация возникает при наличии твердотопливного котла.

Твердотопливный котел в отличии от газового работает прерывисто, от топки до топки и, соответственно, температура теплоносителя то растет то убывает. Наиболее действенным способом справиться с этими скачками температуры является повышение инерционности системы в основном за счет увеличения количества теплоносителя, поэтому производители твердотопливных котлов рекомендуют устанавливать аккумулирующие баки, что позволяет не только снизить амплитуду колебания температуры воды, но и увеличить время между топками.

Способы подключения отопительных приборов

Однотрубная система (Ленинградка)

Однотрубная система отопления:

А) вертикальная

Б) горизонтальная

1) элемент отопления

2) подающая труба

3) обратная труба

В однотрубной системе отопительные приборы присоединяются друг к другу последовательно, т. е. теплоноситель последовательно проходит все приборы и только потом возвращается к котлу. Однотрубная система бывает вертикальной, как в большинстве многоэтажных зданий и горизонтальной, когда система охватывает отопительные приборы на одном этаже.

Однотрубная система популярна при устройстве отопления в многоквартирных многоэтажных зданиях, поскольку она требует меньшее количество труб по сравнению с двухтрубными системами. Другим достоинством системы является ее гидравлическая устойчивость, что означает, что при изменении расхода воды во всей системе, количество воды в каждой батарее изменится одинаково.

Большим недостатком системы является сложность ее расчета. Если допустить ошибку при расчете отопительных элементов, то исправить ее последствия будет сложно, поскольку изменение параметров одной батареи сильно влияет на работу всех остальных батарей. Второй недостаток — повышенное гидравлическое сопротивление.

Двухтрубная система

А) с верхней разводкой

Б) с нижней разводкой

В) с нижней разводкой отдельно по этажам

гидравлический расчет отопление однотрубная

1) элемент отопления

2) подающая труба

3) обратная труба Двухтрубная система по сравнению с однотрубной сложнее и более металлоемка, поэтому ее не используют при устройстве многоэтажных зданий. Однако при отоплении индивидуальных домов эта система может быть предпочтительнее однотрубной.

Достоинствами двухтрубной системы являются меньшее гидравлическое сопротивление и возможность относительно независимой настройки отдельных помещений. Однако возможность регулирования приводит к тому, что перед пуском двухтрубная система должна быть отрегулирована. Двухтрубная система может быть как с верхней, так и с нижней разводкой.

Система с верхней разводкой — наиболее удобна при устройстве гравитационной циркуляции, поскольку она обладает более низким гидравлическим сопротивлением (по сравнению с однотрубной), а частичное охлаждение верхней подающей трубы создает дополнительное циркуляционное давление.

Система с нижней разводкой удобна в устройстве, поскольку подающие и обратные трубы лежат рядом. Существуют несколько модификаций двухтрубной системы с нижней разводкой:

лучевая (звезда), когда от коллектора (гребенки) к каждому отопительному прибору подается собственная подающая и обратная труба,

" шлейфом", когда коллекторы подающей и обратной воды обходят последовательно все батареи.

Принципы проектирования системы отопления

Гидравлический расчет системы отопления на основе расчетного циркуляционного давления представляет собой отдельный этап проектирования. Этот расчет выполняется после определения тепловых нагрузок, выбора и конструирования системы, рассмотренных в предыдущих главах. Таким образом, проектирование системы можно разделить на четыре этапа, характерные не только для систем водяного, но и для систем парового и воздушного отопления.

Исходными данными для проектирования системы отопления служат: назначение, планировка и строительные конструкции здания; положение здания на местности; климатологические показатели для местности; источник теплоснабжения; температура и влажность воздуха в основных помещениях.

Расчет теплового режима. После проведения теплотехнического расчета наружных ограждений, расчета теплового режима в помещениях определяются теплопотери, подлежащие возмещению при помощи отопительных приборов. Расчеты выполняются с использованием сведений, изложенных в главах I и II.

Выбор системы. На этом этапе проектирования выбираются расчетная температура (параметры) воды, вид отопительных приборов и конструкция системы отопления с технико-экономическим обоснованием принятого решения в необходимых случаях. На основании сведений, приведенных в главах I, III, IV, можно установить следующие положения для выбора конструкции системы отопления.

В многоэтажных зданиях, имеющих более трех этажей, проектируются преимущественно вертикальные однотрубные системы отопления. В бесчердачных зданиях средней этажности используются однотрубные системы с нижней прокладкой обеих магистралей. В зданиях повышенной этажности применяются однотрубные системы с нижней разводкой подающей магистрали для создания «опрокинутой» циркуляции воды в стояках.

В зданиях массового строительства предпочтение отдается однотрубному стояку унифицированной конструкции, имеющему один диаметр и повторяющуюся длину его элементов.

В зданиях ограниченного объема, имеющих разноэтажные части, устраиваются двухтрубные системы с нижней прокладкой обеих магистралей. В одноэтажных зданиях, в двух-трехэтажных пристройках к главному зданию используются в основном горизонтальные однотрубные системы, могут применяться и двухтрубные системы с верхней разводкой подающей магистрали.

Чем выше здание, тем меньше должно быть гидравлическое сопротивление узла каждого отопительного прибора вертикального однотрубного стояка, и, наоборот, тем больше должно быть сопротивление каждого приборного узла двухтрубного стояка или горизонтальной однотрубной ветви.

Конструирование системы. Размещают отопительные приборы и стояки на планах каждого этажа, отопительное оборудование в тепловом пункте здания, расширительный бак (если он имеется-) и магистрали системы.

Магистрали предусматриваются раздельными для отопительных приборов постоянного действия, для воздухонагревателей лестничных клеток и воздушно-тепловых завес, для отопительных приборов дежурного или периодического действия. Рекомендуется при трассировке магистралей предусматривать возможность пофасадного регулирования действия системы отопления.

При размещении магистралей принимаются также решения по величине и направлению уклона, по компенсации удлинения и тепловой изоляции труб, по организации движения, сбора И удаления воздуха, по спуску и наполнению водой системы и стояков, по выбору и размещению арматуры.

Этот этап проектирования завершается конструированием схемы труб и приборов системы отопления, основного чертежа, по которому можно выявить циркуляционные кольца системы, разделить их на участки и нанести тепловые нагрузки.

Термин «участок», встречающийся ранее, означает отрезок трубы, по которому протекает при определенной температуре неизменное количество воды.

Тепловая нагрузка отопительного прибора определяет тепловой поток, подводимый в расчетных условиях к прибору теплоносителем — водой. Этот тепловой поток QT по уравнению принимается равным тепловому потоку Qnp, передаваемому прибором в помещение. Точнее, при установке отопительного прибора у наружной стены под окном QT> >Qnp приблизительно на 5%. Различие в тепловых потоках обусловлено увеличением теплопотери через наружную стену вследствие повышения температуры ее внутренней поверхности, непосредственно облучаемой прибором (см. главу III).

Тепловая нагрузка участка определяет тепловой поток, передающийся в помещения от воды, протекающей по участку. Этот тепловой поток равняется сумме тепловых нагрузок отопительных приборов. Для участка подающего теплопровода он выражает количество тепла, подлежащее передаче от горячей воды на ее дальнейшем пути, для участка обратного теплопровода — количество тепла, отведенное эт охлажденной воды. Тепловая нагрузка участка носит условный характер и в действительности выражает расход воды на участке — величину, необходимую для гидравлического расчета.

Например, если тепловая нагрузка участка обратного теплопровода равняется 7000 Вт (6000 ккал/ч), то это означает, что вода, протекающая по участку, передала в помещения тепловой поток в 7000 Вт (6000 ккал/ч). Если же при этом вода охладилась на 25°, то по участку протекает 240 кг/ч воды. Расчет системы состоит из гидравлического расчета (глава V) и теплового расчета нагревательной поверхности труб и приборов (глава III).

Гидравлический и тепловой расчеты системы отопления взаимно связаны, и, строго говоря, требуется многократное повторение расчетов по методу итерации для выявления действительного расхода воды и необходимой площади нагревательной поверхности приборов. Поэтому наиболее точным является расчет системы на ЭЦВМ.

При ручном счете расчет повторяется 1−2 раза, причем гидравлический и тепловой расчеты выполняются в различной очередности.

В первом случае тепловой расчет отопительных приборов предшествует гидравлическому расчету. Это случай, когда длина греющих элементов отопительных приборов существенно влияет на гидравлическое сопротивление стояка. К таким приборам относятся конвекторы, панели и ребристые трубы, основанные на применении греющих труб dy 15 и 20 мм. Тогда до гидравлического расчета определяется предварительная длина труб приборов, а после уточнения расхода и температуры воды в стояках вносятся поправки в размеры приборов.

Окончательный тепловой расчет любых приборов может выполняться сразу (до гидравлического расчета) в двухтрубных системах при скрытой прокладке стояков и подводок к приборам.

Во втором случае, наоборот, гидравлический расчет предшествует тепловому расчету приборов. Это случай, когда длина приборов практически не отражается на гидравлическом сопротивлении стояка. К таким приборам относятся радиаторы, полые панели, ребристые и гладкие трубы с? у=50−100 мм. В результате гидравлического расчета определяются диаметр труб, расход и температура воды в стояках, а затем размер отопительных приборов с учетом теплопередачи труб в каждом помещении.

Гидравлический расчет системы отопления выполняется двумя способами: с равным и неравным (часто говорят с постоянным и переменным) перепадом температуры воды в стояках.

Расчет с равным перепадом температуры воды в стояках заключается в подборе диаметра труб по заданному расходу воды на всех участках системы

Расчет с неравным перепадом температуры воды в стояках заключается в определении расхода и температуры обратной воды в каждом стояке по заданному диаметру труб на всех участках системы.

Однотрубная система водяного отопления

обогревательная установка, стояки или ветви которой состоят из одной трубы, соединяющей последовательно ряд отопительных приборов. Теплоноситель вода в такой системе отопления протекает, постепенно охлаждаясь, через все приборы ряда. По положению трубы, соединяющей отопит. приборы, О. св. о. может быть вертик. (со стояками) и горизонт, (с ветвями); по положению магистралей системы отопления — с верхней разводкой (с верхним расположением подающей и нижней прокладкой обратной магистралей), нижней разводкой (с нижним расположением обеих магистралей) и «опрокинутой» циркуляцией воды (с нижним расположением подающей и верхней прокладкой обратной магистралей).

Вертикальная однотрубная система водяного отопления с верхней разводкой получила распространение в нач.50-х гг. Выполнялась с двухстор, а потом одностор. присоединением отопит. приборов к стоякам. Приборные узлы делались как проточными, так и с замыкающими и обходными участками. В конкретной системе применяется к. — л. один (иногда два) тип стояка. Замыкающие, постоянно проточные участки устраивались осевыми (пр оси стояка — стояк II) и смещенными от оси, со «сжимами», т. е. с уменьшением диаметра против диаметра осн. участка стояка, и без «сжимов» «Затем было доказано, что «сжимы» осевых замыкающих участков несущественно изменяют кол-во воды, затекающей в приборы (см. Затекание воды в отопительный прибор). В большей степени увеличивается расход воды п приборах при использовании смещенных (от оси стояков) замыкающих участков, при этом обеспечивается и компенсация удлинения труб при нагревании водой межприборных участков стояков. Обходные участки, предназнач. для пери-одич. использования при индивид, регулировании теплоотдачи приборов трехходовыми кранами (см. Арматура на трубопроводах), устраивали сначала осевыми, а затем, как правило, смещенными.

Заключение

Исторически гидравлика является одной из самых древних наук в мире. Археологические исследования показывают, что еще за 5000 лет до нашей эры в Китае, а затем в других странах древнего мира найдены описания устройства различных гидравлических сооружений, представленные в виде рисунков (первых чертежей). Естественно, что никаких расчетов этих сооружений не производилось, и все они были построены на основании практических навыков и правил.

Первые указания о научном подходе к решению гидравлических задач относятся к 250 году до н.э., когда Архимедом был открыт закон о равновесии тела, погруженного в жидкость. Потом на протяжении 1500 лет особых изменений гидравлика не получала. Наука в то время почти совсем не развивалась, образовался своего рода застой. И только в XVI—XVII вв.еках нашей эры в эпоху Возрождения, или как говорят историки Ренессанса, появились работы Галилея, Леонардо да Винчи, Паскаля, Ньютона, которые положили серьезное основание для дальнейшего совершенствования гидравлики как науки.

Однако только основополагающие работы академиков Петербургской академии наук Даниила Бернулли и Леонарда Эйлера живших в XVIII веке, создали прочный фундамент, на котором основывается современная гидравлика. В XIX—XX вв.еках существенный вклад в гидродинамику внес «отец русской авиации» Николай Егорович Жуковский.

Роль гидравлики в современном машиностроении трудно переоценить. Любой автомобиль, летательный аппарат, морское судно не обходится без применения гидравлических систем. Добавим сюда строительство плотин, дамб, трубопроводов, каналов, водосливов. На производстве просто не обойтись без гидравлических прессов, способных развивать колоссальные усилия. А вот интересный факт из истории строительства Эйфелевой башни. Перед тем как окончательно установить многотонную металлоконструкцию башни на бетонные основания, ей придали строгое вертикальное положение с помощью четырех гидравлических прессов, установленных под каждую опору.

Гидравлика преследует человека повсюду: на работе, дома, на даче, в транспорте. Сама природа подсказала человеку устройство гидравлических систем. Сердце — насос, печень — фильтр, почки — предохранительные клапаны, кровеносные сосуды — трубопроводы, общая длина которых в человеческом организме около 100 000 км. Наше сердце перекачивает за сутки 60 тонн крови (это целая железнодорожная цистерна!).