Определение гидравлического сопротивления в квартирной системе отопления с автономным источником теплоснабжения (например, настенный газовый котел).

Пример1. Исходные условия: На рис. 4.28 представлена аксонометрическая схема системы отопления в трехкомнатной квартире с настенным газовым котлом 1, в который встроен циркуляционный насос 2. Подающие 4 и обратные 7 трубопроводы - металлопластиковые диаметром 15 мм. При строительстве первоначально на основе пола укладываются трубопроводы 4 и 7, от которых делаются вертикальные отводы для присоединения к конвекторам 5 и к котлу 1.

На схеме показана требуемая покомнатная мощность отопительных конвекторов 5. В квартире три жилые комнаты площадью 60м² с тепловой потребностью: 1800 + 1500 + 1500 = 4800 Вт. В кухне площадью 14м² конвектор имеет мощность 900 Вт. Всего расчетная потребность теплоты на систему отопления Qот. = 5700 Вт. На горячее водоснабжение расчетный расход примем 40 кВт·ч/сут теплоты. В квартире применен газовый котел с автоматическим переключением мощности на горячее водоснабжение.

Требуется: Определить гидравлические потери в схеме циркуляции воды в системе отопления.

Решение: 1. Из котла к отопительным конвекторам поступает горячая вода с

twг.1 = 80˚С , ρw.г.1 = 972 кг/м³ и возвращается на нагрев twг.2 = 60˚С , ρw.г.2 = 983 кг/м³ .

Вычисляем расход циркулирующей воды в расчетном режиме работы системы отопления:

G = 5700 · 3,6 / (80 – 60) · 4,2 = 244 кг/ч

2. Вычисляем скорость воды на начальном участке циркуляции «а-б» по трубам длиной l = 1 м, do = 15мм, ƒтр. = 0,000177м². w = 244 / 972 · 3600 · 0,000177 = 0,4 м/с;

- сопротивление на трениесоставит:

1,0 972

∆Нтр.»а-б» = 0,02 · ---------- · ------ · (0,4)² = 104 Па.

0,015 2

- на местное сопротивление при ξ = 2,7:

972

∆ Нм.с»а-б». = 9.8 ·2,7 · ------ · (0,4)² = 1905 Па.

2

Итого: 104 + 1905 = 2009 Па.

3. В тройнике «б» горячая вода после котла разделяется на два потока:

Участок «б-в» Gw.г. = 3000 · 3,6 / (80 – 60) · 4,2 = 129 кг/ч;

Участок «б-д» Gw.г. = 2700 · 3,6 / (80 – 60) · 4,2 = 116 кг/ч;

4. Вычисляем гидравлическое сопротивление на участке «б-д» длиной l = 10 м, do = 15мм, ƒтр. = 0,000177м². w = 2129 / 972 · 3600 · 0,000177 = 0,21 м/с;

- сопротивление на трениесоставит:

10 972

∆Нтр.»б-в» = 0,02 · ---------- · ------ · (0,21)² = 286 Па.

0,015 2

- на местное сопротивление при ξ = 2,7:

972

∆ Нм.с»б-в». = 9.8 ·2,7 · ------ · (0,21)² = 525 Па.

2

Итого: 286 + 525 = 811 Па.

5. От участка «б-в» в точке «в» происходит ответвление к конвектору К1 горячей воды:

gw.г.К1 = 1500 · 3,6 / (80 – 60) · 4,2 = 64,5 кг/ч;

6. Проводим расчет гидравлического сопротивления дальнего кольца циркуляции воды «в-г-К2-г´-в´». Через это кольцо циркуляции проходит расход горячей воды:

gw.г.2 = 1500 · 3,6 / (80 – 60) · 4,2 = 64,5 кг/ч;

6.1 На участке подающих и обратных трубопроводов «в-г» и «г´-в´» при l = 4 · 2 = 8 м, скорость воды составит ². w = 64,5 / 972 · 3600 · 0,000177 = 0,1 м/с;

6.2 Вычисляем среднюю температуру теплоотдачи в конвекторе:

∆t = (80 + 60) /2 - 20 = 50˚С

Вычисляем показатели : Ψt10 = 50 / 70 = 0,71

Находим численное значение этого показателя в степенной форме :

(0,71)⅓ = 0,66

По формуле (1.17) вычисляем показатель отношения расходов воды :

ψG = 64,5 / 360 = 0,179

Находим численное значение показателя в степенной форме:

(0,179) = 0,82

Вычисляем номинальную тепловую производительность конвектора «СантехпромАвто»:

Qн.ц. = 1500 / 0,66 · 0,82 = 2772 Вт.

6.3 По табл.3.3 определяем, что подходит конвектор средней глубины «СантехпромАвто С» типа КСК 20-2,696К, для которого по табл. 4.2 в рекомендациях Сантехпрома при полностью открытом клапане, когда настроечное кольцо автоматического термостата RTD – N – 15 стоит в положении «N» ( см. график на рис. 4.19), гидравлическое сопротивление конвектора «СантехпромАвто С» типа КСК 20-2,696К составляет 68600 Па.

В номинальном режиме расход горячей воды через конвектор составляет gw.г.рас. = 360 кг/ч.

В рассматриваемой двухтрубной системе отопления расчетный расход горячей воды gw.г.рас. = 64,5 кг/ч.

Как известно, гидравлическое сопротивление снижается в квадратичной зависимости от снижения скорости жидкости в трубках.

Гидравлическое сопротивление при сниженном расходе воды через конвектор при открытом автоматическои клапане находится по формуле:

∆ Нкон.пас. · gw.г.рас.

∆ Нкон.рас. = ---------------------------- , Па (1.22)

gw.г.пас.

По формуле (1. 22 ) для рассматриваемого режима работы конвектора «Сантехпром Авто С» получим:

Н = 60 · 100 · 64,5 / 360 = 10770 Па

6.4 На двух присоединительных к конвектору подающему и обратному

трубопроводах do = 15мм имеется два поворота и общее местное сопротивление ξ = 6.

Вычисляем сопротивление трению при l = 0,8м:

0,8 972

∆Нтр. = 0,02 · ---------- · ------ · (0,1)² = 5,2 Па.

0,015 2

- на местное сопротивление при ξ = 6:

972

∆ Нм.с. = 9.8 ·6 · ------ · (0,1)² = 286 Па.

2

Итого: 5,2 + 286 = 291 Па.

6.5 Гидравлическое сопротивление на участке «в-г-К2-г´-в´» составит:

Н «в-г-К2-г´-в´». = 52 + 291 + 10770 = 11113 Па.

7. Гидравлическое сопротивление на участке «в-К1-в´» должно быть равно 11113 Па. Участок подающих и обратных трубопроводов имеет одинаковое гидравлическое сопротивление 291 Па (см. п. 6.4 расчета).

В конвекторе КСК 20-2,696К и регулировочном устройстве клапана RTD – N – 15 дополнительное наладочное сопротивление должно быть:

∆Нрег. = 11113 – 10770 – 291 = 52 Па.

Из графика на рис. 4.19 следует, что такая малая разница в давлениях между конвекторами К1 и К2 не требует наладочной регулировки.

8.Общее гидравлическое сопротивление в кольце циркуляции «а-б-г-К2-г´-з´-и» составит:

∆Нцир. = 2009 + 2009 + 811 + 811 + 11113 = 16753 Па.

Правое кольцо циркуляции к конвекторам К4 и К3 по гидравлическим сопротивлениям принимаем одинаковым.

9.Циркуляционный насос, встоенный в газовый котел, дополнительно преодолевает гидравлическое сопротивление водонагревающего теплообменника величиной 22 кПа.

10. Общий напор циркуляционного насоса Ннас. = 2,2 + 1,7 = 3,9 м.вод.ст. при подаче по воде системы отопления Gw = 0,3 м³/ч.

По каталогу фирмы «Грундфосс» подходит циркуляционный бессальниковый насос серии 100 типа URS 25-40 с электродвигателем мощностьюNн. = 0,06 кВт.