Визначення втрат тиску на ділянках системи опалення

Сукупність послідовно з'єднаних ділянок системи опалення від джерела теплоти до опалювальних приладів і назад утворюють циркуляційні кільця, якими здійснюється рух теплоносія. У двотрубних системах опалення кількість циркуляційних кілець дорівнює кількості опалювальних приладів, а в однотрубних - кількості приладових віток (стояків).

Для забезпечення циркуляції теплоносія в системі опалення з метою транспортування теплової енергії слід забезпечити необхідний перепад тиску між подавальним та зворотнім трубопроводами. У сучасних системах водяного опалення перепад тисків, як правило, створюється за рахунок роботи циркуляційного насосу. Підбір насосу виконується з урахуванням природного гравітаційного перепаду тиску, який виникає при нагріванні теплоносія у теплогенераторі (котлі) та охолодженні його в опалювальних приладах, що рознесені по висоті системи опалення.

Метою даного етапу гідравлічного розрахунку системи опалення є визначення необхідного перепаду тисків на ділянках та в системі опалення в цілому для забезпечення циркуляції теплоносія через опалювальні прилади, в кількості необхідній для транспортування та передачі в приміщення розрахункової кількості теплової енергії.

Необхідний для циркуляції теплоносія перепад тисків витрачається на подолання гідравлічних опорів у системі опалення, і за величиною дорівнює їм, зазвичай, з запасом 10%. Тому задача полягає у визначенні втрат тиску на ділянках і в системі опалення в цілому. Втрати тиску в системі опалення визначаються як сума втрат тиску на ділянках, що утворюють головне циркуляційне кільце.

У загальному випадку розрахункова ділянка - це трубопровід постійного діаметра, на якому може бути встановлена запірна і регулювальна арматура та інше устаткування системи опалення, які є місцевими гідравлічними опорами.

Таким чином, втрати тиску на довільній ділянці системи доцільно представляти як суму двох складових: втрати тиску на гідравлічне тертя при транспортуванні теплоносія в трубі і втрати тиску в місцевих опорах. Представлений опис гідравлічних процесів, що відбуваються на ділянці будь-якої гідравлічної системи, описується формулою Дарсі-Вейсбаха:

, Па

(4.1)

де: Δ Р_l - втрати тиску на тертя в трубопроводі ділянки системи опалення, Па; Δ Р_м - втрати тиску в місцевих опорах на ділянці системи опалення, Па;

ρ - густина теплоносія, що транспортується, кг/м³; ν - швидкість руху теплоносія, м/с; λ - коефіцієнт гідравлічного тертя трубопроводу; d і l - відповідно внутрішній діаметр і довжина трубопроводу на ділянці системи опалення, м; Σ ξ - сума коефіцієнтів місцевих гідравлічних опорів на ділянці.

Для визначення коефіцієнту гідравлічного тертя трубопроводів λ у світовій практиці використовують кілька загальноприйнятих залежностей. Так у країнах СНД, найбільшого поширення одержала формула Альтшуля:

(4.2)

де: Re - число Рейнольда; k_е - еквівалентна шорсткість труби, мм.

Аналіз результатів обчислень коефіцієнтів гідравлічного тертя λ, в області економічно доцільних швидкостей руху теплоносія в трубах 0, 4 - 0, 7 м/с, що відповідає перехідному режиму протікання рідини, показує, що формула Альтшуля є достатньо точною як для сталевих, так і полімерних трубопроводів. Основні гідродинамічні характеристики труб наведені в табл. 4.1.

Коефіцієнти місцевого опору геометрично подібних фасонних елементів однаковий. Але вентилі, клапани, лічильники, фільтри та деяке інше обладнання може бути встановлене на трубопроводах різного діаметра. При цьому втрати тиску змінюються незначно і залежать лише від витрати теплоносія. Для таких місцевих опорів використовують пропускну спроможність k_v, м³/(год бар^1/2), що дорівнює витраті води з густиною ρ = 1000 кг/м³ при втратах тиску 1 бар = 10⁵ Па. Тоді втрати тиску в місцевому опорі дорівнюють:

Таблиця 4.1