Гидравлический расчет теплоснабжения

1. Гидравлический расчет трубопроводов теплоснабжения

В результате гидравлического расчета тепловой сети определяют диаметры всех участков теплопроводов и потери давления на этих участках. По результатам гидравлического расчета выбираются насосы на систему ГВС и отопления.

1.1 Выбор диаметра участка сети от камеры до ЦТП

1.1.1 Диаметр участка сети от камеры до ЦТП

G_с - расход сетевой воды на ЦТП, кг/с;

W_уч - скорость воды на участке трубопровода, W_уч=0,58 - 1,5 м/с;

- плотность воды, =1000 кг/м³.

, м

Приводим полученный диаметр к стандартному dвн=0,207 м и проверяем скорость воды в трубопроводе.

1.1.2 Реальная скорость воды на участке сети от камеры до ЦТП

G_с - расход сетевой воды на ЦТП, кг/с;

- плотность воды, =1000 кг/м³;

d_вн - внутренний стандартный диаметр трубопровода, м;

, м/с

1.2 Гидравлический расчет распределительных трубопроводов системы отопления

Перед проведением гидравлического расчета сеть трубопроводов разбивается на расчетные участки. Расчетным участком называется участок трубопровода между двумя ответвлениями, на протяжении которого не изменяется диаметр трубопровода и расход теплоносителя. Расход воды на первом участке равен сумме потребляемых расходов абонентами находящимися ниже по течению теплоносителя. В системе отопления расход воды в прямой равен расходу обратной, поэтому прямой и обратный трубопроводы имеют одинаковые диаметры и потери напора.

1.2.1 Принципиальная схема трубопроводов системы отопления

1.2.2 Расход теплоносителя на участках трубопроводов

Q_{от i} - отопительная нагрузка на i-м участке трубопровода, кВт;

С - теплоемкость воды, С=4,19 кДж/кг^оС;

t₀₁ - температура воды в подающем трубопроводе системы отопления, ^оС;

t₀₂ - температура воды в обратном трубопроводе системы отопления, ^оС;

Сводная таблица тепловых нагрузок и расходов

Номер участка	Тепловая нагрузка, кВт	Расход воды, кг/с
1	3530,503	18,72
2	2609,062	13,84
3	921,441	4,89
4	285,96	1,52
5	635,481	3,37
6	2535,995	13,45
7	702,163	3,72
8	879,085	4,66
9	954,707	5,06

1.2.3 Диаметры участков трубопровода

G_i - расход воды на i-ом участке трубопровода, кг/с;

W_{i уч} - скорость воды на i-ом участке трубопровода, W_{i уч}=0,58 - 1,5 м/с; Принимаю в начале W_{i уч}=1 м/с;

- плотность воды, =1000 кг/м³;

Полученные диаметры по справочнику приводим к стандартным d_вн.

Сводная таблица полученных и стандартных диаметров:

Номер участка	Расчетный d, м	Стандартный dвн, м
1	0,154	0,15
2	0,133	0,125
3	0,079	0,082
4	0,044	0,04
5	0,066	0,07
6	0,131	0,125
7	0,069	0,07
8	0,077	0,082
9	0,080	0,082

1.2.4 Реальная скорость воды на участках трубопровода

G_i - расход воды на i-ом участке трубопровода, кг/с;

- плотность воды, =1000 кг/м³;

d_вн - внутренний (стандартный) диаметр трубопровода, м;

Сводная таблица реальных скоростей

Номер участка	Реальная скорость воды на участке, м/с
1	1,06
2	1,13
3	0,93
4	1,21
5	0,88
6	1,10
7	0,97
8	0,88
9	0,96

1.2.5 Потери удельные и линейные напора на трение

Определяются по номограмме по известному расходу и диаметру трубопровода. Местные потери давления принимаются 50% от общих линейных потерь напора.

Сводная таблица потерь напора

Номер участка	Удельные потери напора, Па/м	Длина участка, м	Линейные потери напора, Па	Местные потери напора, Па	Полные потери напора, Па
1	92	48	8832	4416	13248
2	115	79	18170	9085	27255
3	192	20	7680	3840	11520
4	195	98	38220	19110	57330
5	180	123	44280	22140	66420
6	132	75	19800	9900	29700
7	225	73	32850	16425	49275
8	164	80	26240	13120	39360
9	190	83	31540	15770	47310

1.3 Гидравлический расчет распределительных трубопроводов системы ГВС

Перед проведением гидравлического расчета сеть трубопроводов разбивается на расчетные участки. Расчетным участком называется участок трубопровода между двумя ответвлениями, на протяжении которого не изменяется диаметр трубопровода и расход теплоносителя. Расход воды на первом участке равен сумме потребляемых расходов абонентами находящимися ниже по течению теплоносителя. В системе ГВС имеется прямой и обратный трубопроводы. Расходы, а следовательно диаметры и потери напора различны. Обратный трубопровод является циркуляционным.

Прокладку трубопроводов ГВС будем вести пластиковыми трубами в пенополиуретановой изоляции.

Система ГВС разделена на 2 зоны. Буду вести расчет участков трубопроводов ГВС 1-ой и 2-ой зоны совместно.

1.3.1 Принципиальная схема трубопроводов системы ГВС 1-ой зоны

1.3.2 Принципиальная схема трубопроводов системы ГВС 2-ой зоны

1.3.3 Расход теплоносителя на участках трубопроводов

Q_{от i}^р - нагрузка системы ГВС на i-м участке трубопровода, кВт;

С - теплоемкость воды, С=4,19 кДж/кг^оС;

t_h - температура горячей воды поступающей к потребителю, t_h =60^оС;

t_х - температура холодной воды из водопровода, зимой t_х=5^оC, летом t_х=15^оC;

1-ая зона

2-ая зона

Сводная таблица тепловых нагрузок и расходов

1-ая зона

Номер участка	Тепловая нагрузка, кВт	Расход воды, кг/с
		прямая	циркуляция
1	577,64	2,507	0,752
2	301,22	1,307	0,392
3	276,42	1,199	0,360
4	198,06	0,859	0,258
5	78,36	0,340	0,102
6	573,5	2,489	0,747
7	174,12	0,756	0,227
8	177,38	0,770	0,231
9	221	0,959	0,288

2-ая зона

Номер участка	Тепловая нагрузка, кВт	Расход воды, кг/с
		прямая	циркуляция
1	348,24	1,511	0,453
2	642,49	2,788	0,836
3	201,98	0,876	0,263
4	179,34	0,778	0,233
5	261,17	1,133	0,340

1.3.4 Диаметры участков трубопровода

G_i - расход воды на i-ом участке трубопровода, кг/с;

W_{i уч} - скорость воды на i-ом участке трубопровода, W_{i уч}=0,58 - 1,5 м/с; Принимаю в начале W_{i уч}=1 м/с;

- плотность воды, =1000 кг/м³;

Полученные диаметры по справочнику приводим к стандартным d_вн.

Сводная таблица полученных и стандартных диаметров:

1-ая зона

Номер участка	Расчетный d, м	Стандартный dвн, м
	прямая	циркуляция	прямая	циркуляция
1	0,057	0,031	0,051	0,033
2	0,041	0,022	0,04	0,021
3	0,039	0,021	0,04	0,021
4	0,033	0,018	0,033	0,021
5	0,021	0,011	0,021	0,013
6	0,056	0,031	0,051	0,033
7	0,031	0,017	0,033	0,021
8	0,031	0,017	0,033	0,021
9	0,035	0,019	0,033	0,021

2-ая зона

Номер участка	Расчетный d, м	Стандартный dвн, м
	прямая	циркуляция	прямая	циркуляция
1	0,044	0,024	0,051	0,027
2	0,060	0,033	0,07	0,033
3	0,033	0,018	0,033	0,021
4	0,031	0,017	0,033	0,021
5	0,038	0,021	0,04	0,021

1.3.5 Реальная скорость воды на участках трубопровода

G_i - расход воды на i-ом участке трубопровода, кг/с;

- плотность воды, =1000 кг/м³;

d_вн - внутренний (стандартный) диаметр трубопровода, м;

Сводная таблица реальных скоростей

Номер участка	Реальная скорость воды на участке, м/с, 1-ая зона	Реальная скорость воды на участке, м/с, 2-ая зона
	прямая	циркуляция	прямая	циркуляция
1	1,23	0,88	0,74	0,79
2	1,04	1,13	0,72	0,98
3	0,95	1,04	1,02	0,76
4	1,01	0,74	0,91	0,67
5	0,98	0,77	0,90	0,98
6	1,22	0,87
7	0,88	0,65
8	0,90	0,67
9	1,12	0,83

1.3.6 Потери удельные и линейные напора на трение

Определяются по номограмме по известному расходу и диаметру трубопровода. Местные потери давления принимаются 50% от общих линейных потерь напора.

Сводная таблица потерь напора

1-ая зона

Прямая
Номер участка	Удельные потери напора, Па/м	Длина участка, м	Линейные потери напора, Па	Местные потери напора, Па	Полные потери напора, Па
1	503	48	24144	12072	36216
2	405	79	31995	15998	47993
3	360	20	7200	3600	10800
4	660	98	64680	32340	97020
5	1050	123	129150	64575	193725
6	510	75	38250	19125	57375
7	410	73	29930	14965	44895
8	415	80	33200	16600	49800
9	800	83	66400	33200	99600

Циркуляция
Номер участка	Удельные потери напора, Па/м	Длина участка, м	Линейные потери напора, Па	Местные потери напора, Па	Полные потери напора, Па
1	460	48	22080	11040	33120
2	1500	79	118500	59250	177750
3	1100	20	22000	11000	33000
4	600	98	58800	29400	88200
5	1540	123	189420	94710	284130
6	455	75	34125	17063	51188
7	430	73	31390	15695	47085
8	435	80	34800	17400	52200
9	730	83	60590	30295	90885

2-ая зона

Прямая
Номер участка	Удельные потери напора, Па/м	Длина участка, м	Линейные потери напора, Па	Местные потери напора, Па	Полные потери напора, Па
1	170	127	21590	10795	32385
2	130	75	9750	4875	14625
3	620	73	45260	22630	67890
4	500	80	40000	20000	60000
5	340	83	28220	14110	42330

Циркуляция
Номер участка	Удельные потери напора, Па/м	Длина участка, м	Линейные потери напора, Па	Местные потери напора, Па	Полные потери напора, Па
1	500	127	63500	31750	95250
2	590	75	44250	22125	66375
3	610	73	44530	22265	66795
4	500	80	40000	20000	60000
5	1020	83	84660	42330	126990

1.3.7 Гидравлический расчет распределительных трубопроводов системы вентиляции

Перед проведением гидравлического расчета сеть трубопроводов разбивается на расчетные участки. Расчетным участком называется участок трубопровода между двумя ответвлениями, на протяжении которого не изменяется диаметр трубопровода и расход теплоносителя. Расход воды на первом участке равен сумме потребляемых расходов абонентами находящимися ниже по течению теплоносителя. В системе вентиляции расход воды в прямой равен расходу обратной, поэтому прямой и обратный трубопроводы имеют одинаковые диаметры и потери напора.

1.3.8 Принципиальная схема трубопроводов системы вентиляции

1.3.9 Расход теплоносителя на участках трубопроводов

Q_{в i} - вентиляционная нагрузка на i-м участке трубопровода, кВт;

С - теплоемкость воды, С=4,19 кДж/кг^оС;

t₀₁ - температура воды в подающем трубопроводе системы вентиляции, ^оС;

t₀₂ - температура воды в обратном трубопроводе системы вентиляции, ^оС;

Так как расход воды на вентиляцию мал, то подключим вентиляцию к системе отопления здания, соответственно добавив требуемый расход. Гидравлический режим системы отопления изменится незначительно при том же диаметре трубопроводов отопления.

Сводная таблица тепловых нагрузок и расходов

Номер участка	Тепловая нагрузка, кВт	Расход воды, кг/с
1	211,53	0,918
2	112,43	0,488
3	99,1	0,430

1.3.10 Диаметры участков трубопровода

G_i - расход воды на i-ом участке трубопровода, кг/с;

W_{i уч} - скорость воды на i-ом участке трубопровода, W_{i уч}=0,58 - 1,5 м/с; Принимаю в начале W_{i уч}=1 м/с;

- плотность воды, =1000 кг/м³;

Полученные диаметры по справочнику приводим к стандартным d_вн.

Сводная таблица полученных и стандартных диаметров:

Номер участка	Расчетный d, м	Стандартный dвн, м
1	0,034	0,033
2	0,025	0,027
3	0,023	0,027

1.3.11 Реальная скорость воды на участках трубопровода

G_i - расход воды на i-ом участке трубопровода, кг/с;

- плотность воды, =1000 кг/м³;

d_вн - внутренний (стандартный) диаметр трубопровода, м;

Сводная таблица реальных скоростей

Номер участка	Реальная скорость воды на участке, м/с
1	1,07
2	0,85
3	0,75

1.3.12 Потери удельные и линейные напора на трение

Определяются по номограмме по известному расходу и диаметру трубопровода. Местные потери давления принимаются 50% от общих линейных потерь напора.

Сводная таблица потерь напора

Номер участка	Удельные потери напора, Па/м	Длина участка, м	Линейные потери напора, Па	Местные потери напора, Па	Полные потери напора, Па
1	800	68	108800	54400	163200
2	560	123	137760	68880	206640
3	430	98	84280	42140	126420

2. Расчет и выбор насосов и расширительного бака

2.1 Расчет расширительного бака

Расширительный бак предназначен для компенсации температурного расширения воды в трубопроводе системы отопления. При повышении температуры воды ее плотность начинает падать результатом чего является увеличение объема воды в трубопроводе. Увеличение объема воды при отсутствии расширительной емкости может привести к нарушению герметичности трубопроводов. Расширительный бак устанавливается в самой верхней точке тепловой сети и присоединяется к обратному трубопроводу перед циркуляционным насосом.

Vс - масса воды в трубопроводе системы отопления, кг;

_х - первоначальная плотность холодной воды, _х =1000 кг/м³;

_г - плотность нагретой воды, при t=100^оС _г =958,4 кг/м³;

2.1.1 Масса воды в трубопроводе системы отопления

_х - первоначальная плотность холодной воды, _х =1000 кг/м³;

f - площадь живого сечения участков трубопровода, м²;

l - длина участков трубопровода, м.



, м³

Принимаю к установке расширительный бак объемом V_рб=1 м³

2.2 Расчет и выбор насосов

В центральном тепловом пункте установлены следующие группы насосов:

- хозяйственные (основной, резервный);

- циркуляционные, в системе ГВС (основной, резервный);

- циркуляционные, в системе отопления (основной, резервный);

- пожарные (основной, резервный);

- подпиточные системы отопления (основной, резервный).

2.2.1 Расчет и выбор циркуляционного насоса системы отопления

Циркуляционный насос системы отопления должен обеспечить расчетный расход теплоносителя в системе отопления и компенсировать потери давления в водоподогревателе, в трубопроводе от ЦТП до наиболее удаленного здания и трубопроводах системы отопления здания.

1) Напор создаваемый циркуляционным насосом

Р_пр - потери давления в подающем трубопроводе до самого дальнего потребителя, кПа;

Р_об - потери давления в обратном трубопроводе от самого дальнего потребителя, кПа;

Р_то - потери давления в водоподогревателе системы отопления, кПа;

Р_зд - потери давления в трубопроводе системы отопления здания, кПа;

, кПа

2) Мощность электродвигателя

G^м_от - расход воды в системе отопления, м³/с;

Р_ц - напор создаваемый циркуляционным насосом, Па;

_н - КПД насосной установки, _н=0,7-0,8;

Вт

Выбираю насос марки

2.2.2 Расчет и выбор подпиточного насоса системы отопления

Подпиточный насос системы отопления обеспечивает постоянное заполнение системы отопления за счет периодического заполнения водой расширительного бака. Подпитка производится водой из обратного трубопровода тепловой сети.

1) Напор создаваемый циркуляционным насосом

Р_тр - падение давления в трубопроводе до самого высокого здания, кПа;

Р_зд - статический напор сети, он должен быть минимум на 5 м вод ст выше самого высокого здания присоединенного к системе отопления, кПа;

Р_зд - потери давления в трубопроводе системы отопления здания, кПа;

 , кПа

2) Мощность электродвигателя

G_пн - подача подпиточного насоса, должна составлять 20% объема воды, находящейся в трубопроводах системы отопления подключенной к водоподогревателю, а также заполнение сети в течение часа, м³/с;

Р_ц - напор создаваемый подпиточным насосом, Па;

_н - КПД насосной установки, _н=0,7-0,8;

Вт

Выбираю насос марки

2.2.3 Расчет и выбор хозяйственного насоса

Хозяйственный насос должен обеспечить расчетное давление холодной и горячей воды, поступающей к потребителям, независимо от изменения давления в городском трубопроводе.

1) Напор, создаваемый хозяйственным насосом

Минимальный свободный напор в сети водопровода при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении на вводе в здание над поверхностью земли должен приниматься при одноэтажной застройке не менее 10 м, при большей этажности на каждый этаж следует добавлять 3 м.

Р_мс - минимальный свободный напор, м вод ст;

Р_тр - потери давления в трубопроводе, м вод ст;

 , м вод ст

2) Мощность электродвигателя

G_х - подача хозяйственного насоса, равна сумме расходов воды на горячее водоснабжение и холодной воды, расход холодной воды составляет 60% от суммарного расхода G_пн, м³/с;

Р_х - напор создаваемый хозяйственным насосом, Па;

_н - КПД насосной установки, _н=0,7-0,8;

Вт

Выбираю насос марки

2.2.4 Расчет и выбор циркуляционно-повысительного насоса горячего водоснабжения

Циркуляционно-повысительный насос должен обеспечить постоянную циркуляцию воды в системе горячего водоснабжения, чтобы предотвратить ее остывание и соответственно бесполезный слив остывшей воды.

1-ая зона

1) Напор, создаваемый циркуляционно-повысительным насосом

Р_пр - потери давления в подающем трубопроводе до самого дальнего потребителя, кПа;

Р_об - потери давления в обратном трубопроводе от самого дальнего потребителя, кПа;

Р_тоIIcт - потери давления в водоподогревателе II ступени системы ГВС, кПа;

, кПа

2) Мощность электродвигателя

G_цп - подача циркуляционно-повысительного насоса, м³/с;

Р_цп - напор создаваемый циркуляционно-повысительным насосом, Па;

_н - КПД насосной установки, _н=0,7-0,8;

Вт

Выбираю насос марки

2-ая зона

3) Напор создаваемый циркуляционно-повысительным насосом

Р_пр - потери давления в подающем трубопроводе до самого дальнего потребителя, кПа;

Р_об - потери давления в обратном трубопроводе от самого дальнего потребителя, кПа;

Р_тоIIcт - потери давления в водоподогревателе II ступени системы ГВС, кПа;

, кПа

4) Мощность электродвигателя

G_цп - подача циркуляционно-повысительного насоса, м³/с;

Р_цп - напор создаваемый циркуляционно-повысительным насосом, Па;

_н - КПД насосной установки, _н=0,7-0,8;

Вт

Выбираю насос марки

2.2.5 Расчет и выбор пожарного насоса

Пожарный насос должен обеспечить повышение давления холодной воды при срабатывании противопожарной автоматики.

1) Напор, создаваемый пожарным насосом

Свободный напор в сети пожарного водопровода должен обеспечивать высоту компактной струи не менее 10 м при полном расходе воды на пожаротушение и расположении пожарного ствола на уровне наивысшей точки самого высокого здания.

, м вод ст

2) Мощность электродвигателя



G_пож - подача пожарного насоса.

Расход воды на наружное пожаротушение жилых и общественных зданий для расчета соединительных и распределительных линий водопроводной сети, а также водопроводной сети внутри микрорайона или квартала следует принимать для здания, требующего наибольший расход воды и принимается из таблицы 6 СниП 2.04.02-84 G_пож=0,015 м³/с;

Р_х - напор создаваемый пожарным насосом, Па;

_н - КПД насосной установки, _н=0,7-0,8;

Вт

Выбираю насос марки

3. Расчет и выбор элеватора

Вследствие ограничения по санитарным соображениям максимальной температуры воды, подаваемой в приборы отопления жилых и общественных зданий, в узлах присоединения этих зданий к тепловой сети устанавливают смесительные устройства. Температуру воды подаваемой в отопительные приборы понижают путем подмешивания воды из обратной линии местной системы к воде, поступающей из тепловой сети. В качестве смесительного устройства чаще всего используют элеватор.

Элеваторы - предназначены для снижения температуры воды, поступающей из тепловой сети в местную систему, до необходимой температуры. Элеватор состоит из сопла, камеры всасывания, камеры смешения и диффузора. Основным требованием к изготовлению и монтажу элеватора является достижения максимального коэффициента полезного действия элеватора. Максимальный к.п.д. может быть обеспечен при соблюдении соосности основных деталей элеватора (сопла, камеры смешения, диффузора) и при тщательной обработки поверхности проточной части элеватора (особенно сопла и стакана). Для достижения максимальной соосности посадочные размеры отдельных деталей выполняют с минимальными допусками. Внутреннюю поверхность сопла шлифуют, а поверхность камеры смешения обрабатывают не ниже 6-го класса точности. Для обеспечения совпадения осей сопла и проточной части, необходимо чтобы выточка в корпусе под фланец сопла была строго перпендикулярна к оси проточной части, фланцы сопла были перпендикулярны к его оси и плотно прижаты к поверхности выточки в корпусе.

Коэффициент смешения