Лекции по "Водоснабжению"

На каждом участке  теплопотери составляют величину

 

, Вт,

 

где  k = 12 Вт/(м²×К) - коэффициент теплопередачи для неизолированного трубопровода;

l_i - длина участка, м;

d_нi - наружный диаметр трубопровода;

h_и = 0,6¸0,8  - КПД (эффективность) тепловой изоляции (в горячем водоснабжении изолируются только  магистрали в пределах подвальных и чердачных помещений). Величина l'=l(1-h_и)  обычно  называется  приведенной длиной  участка; 

t_o - температура окружающей среды по  отношению к трубопроводу (для стояков - температура воздуха в помещениях, для магистралей - в подвале или на чердаке);

t^h_mi - средняя температура горячей воды на участке.

Температуру воды на участке  можно определять,  считая  падение температуры по длине системы условно линейным:

 

, °C

 

где t^h_max  - температура горячей воды в начале системы ГВС;

Dt^h - падение температуры воды до наиболее  удаленного  прибора (см § "Циркуляция и ее расчет в системах ГВС");

- сумма приведенных длин всех  участков, на которых определяются  теплопотери;

- то же до середины расчетного  участка.

Теплопотери одинаковых стояков Q_ст разрешается принимать равными (в действительности теплопотери стояков несколько  уменьшаются по мере удаления от  теплоцентра  из-за  падения  средней  температуры воды). При наличии на стояках  полотенцесушителей их теплопотери Q_пс разрешается принимать в соответствии с рис. 1.13.

Таким образом суммарные  теплопотери  системы  ГВС  (при числе одинаковых стояков n) составят

 

 

 

 

 

1.6. Гидравлический расчет  подающих трубопроводов систем  ГВС

 

1.6-1. Основные положения  гидравлического расчета

 

Задачей  гидравлического  расчета  является  определение  диаметров подающих трубопроводов и потерь напора.  Расчетным  расходом для определения потерь напора на участке трубопровода является  секундный расход с учетом остаточной циркуляции:

 

q^h,сir = q^h (1 + k_сir), л/с,

 

где k_сir - коэффициент остаточной циркуляции.

Эта величина определяется по [1, Приложение 5]  в  зависимости  от соотношения секундного и циркуляционного расходов в системе ГВС: k_сir = f(q^h/q^сir).

Причем k_сir не равно нулю  только  на  начальных участках системы (до  первого водоразборного  стояка)  при q^h/q^сir>2,0. Во всех остальных случаях k_сir=0.  Поскольку гидравлический расчет выполняется до расчета циркуляции,  проектировщику приходится делать обоснованное предположение о величине  соотношения q^h/q^сir (для жилых зданий обычно q^h/q^сir >2,0).

Потери напора в водоразборных  стояках,  объединенных  кольцующей перемычкой в секционные узлы, определяются по расчетным  расходам воды с коэффициентом 0,7. На самих кольцевых  участках  расчетный расход воды принимается не менее максимального секундного  для одного из обслуживаемых приборов.

Скорость воды в системах ГВС  должна быть не более 3  м/с  [1]. Однако опыт эксплуатации систем показывает, что  при  v>1,5  м/с в трубопроводах начинается заметное шумообразование.

При неодинаковым сопротивлением стояков диаметр стояка определяется, исходя из расчетного расхода и располагаемого напора у  основания данного стояка. При  одинаковом  сопротивлении  стояков  их диаметры принимаются по диаметру последнего стояка.

В основе гидравлического  расчета  в  любой  технической  специальности лежат общие закономерности гидродинамики,  в  частности, известное из курса гидравлики уравнение Дарси-Вейсбаха. Однако традиционно в каждой специальности складываются характерные особенности конкретного выполнения  гидравлического расчета. Так в системах  ГВС  набор  местных  сопротивлений настолько стандартен, что нет необходимости определять  потери  напора в них поштучно.

Потери напора на участках системы  ГВС  определяются по выражению

Н = i×l(1 + k_l), мм,

где   i - удельные линейные потери напора, мм/м;

l - длина участка;

k_l - коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях (принимается по [1]).

Значение i принимается по справочным данным. В закрытых системах теплоснабжения, когда на нужды ГВС  нагревается  водопроводная, обычно не умягченная вода, необходимо  учитывать  зарастание  стенок  трубопроводов солями жесткости. В этом случае величину i удобно  определять  по номограмме [1, Приложение 6].

 

1.6-2. Располагаемый и  требуемый напоры 

в системах ГВС в режиме водоразбора

 

Располагаемым называется гарантированный на вводе напор, который может быть использован для подачи воды на нужды горячего  водоснабжения. Требуемым называется напор, который необходим  на  преодоление всех гидравлических сопротивлений для подачи воды к  наиболее  удаленному и высоко расположенному прибору.

Так для закрытой системы  горячего водоснабжения  располагаемым  является напор холодного водопровода в  точке  подключения  к  нему системы горячего водоснабжения. Требуемый напор в этом случае  составляет              

 

Н_треб = Н_под + Н_сч + Н_вн + Н_г + Н_св,

 

где   Н_под - потери напора в подающих трубопроводах в режиме водоразбора;

Н_сч  - потери напора в счетчике воды (водомере);

Н_вп  - потери напора в водонагревателе;

Н_г - разность геодезических отметок наиболее высоко расположенного  прибора и точки подключения системы ГВ к  холодному водопроводу;

Н_св  - свободный напор на приборе ("на излив").

В открытой системе теплоснабжения,  когда  водоразбор  осуществляется непосредственно из теплосети, располагаемым является напор в обратном трубопроводе тепловой сети в точке  подключения  системы ГВ. Тогда требуемый напор (в силу   отсутствия водонагревателя)

 

Н_треб = Н_под + Н_сч + Н_г + Н_св

 

При этом Н_г исчисляется от указанной точки подключения к  тепловой сети. В самотечных системах ГВ,  работающих  под  давлением  воды  в верхних баках-аккумуляторах, располагаемым  напором  является  сама  геодезическая разность отметок уровня воды в баке и наиболее  высоко расположенного прибора. Требуемый напор в этом случае

 

Н_треб = Н_под + Н_св

 

 

1.6-3. Подбор счетчика  воды

 

Счетчик воды (техническое  название  -  "водомер")  служит  для коммерческого учета расхода воды на  систему  ГВ.  Условный  проход (типоразмер) счетчика подбирается по среднему часовому расходу  воды на систему, который не должен превышать т.наз.  эксплуатационного расхода [1, табл. 4]. Подобранный  таким  образом  счетчик  проверяется на возможность пропуска максимального секундного и  максимального суточного расходов. При этом потери  напора  при  пропуске максимального секундного расхода (в пересчете на м³/час) не  должны превышать 2,5 м для крыльчатых и 1,0 м для турбинных счетчиков. Потери напора в счетчике определяются, как

 

Н_сч = S×(q^h)² , м

 

где S - гидравлическая характеристика счетчика, м/(м³/час)².

 

 

1.7. Циркуляция  и ее расчет в системах горячего  водоснабжения

 

Как уже отмечено при  классификации  систем  ГВ,  циркуляция служит для предотвращения остывания  воды в раздающих  трубопроводах  систем при отсутствии водоразбора (например, в ночное время  в  жилых зданиях). По уровню охвата систем циркуляцией различают:

• системы без циркуляции;
• системы с циркуляцией только в магистральных трубопроводах;
• системы с циркуляцией как в распределительных магистралях, так

    и в стояках.

Циркуляцию разрешается  не предусматривать,  если  температура  воды в точках водоразбора при  регламентированном  по  времени  водоразборе не будет снижаться ниже минимально допускаемой.

Необходимый для компенсации  суммарных теплопотерь системы Q^ht, (см. § 1.5) циркуляционный расход будет

 

, л/с,

где b - коэффициент разрегулировки циркуляции;

Q^ht_i - теплопотери отдельных частей системы ГВ, кВт;

Dt^h - падение температуры воды в системе;

с_р - теплоемкость воды, кДж/(кг×К).

В системах с циркуляцией только  по  разводящим  трубопроводам Q^ht определяется только по разводящим трубопроводам и расчет выполняется при Dt^h=10 °С; b=1.

В системах с циркуляцией  в разводящих трубопроводах и  в  стояках с неодинаковым сопротивлением Q^ht  определяется  по разводящим трубопроводам и стоякам и расчет выполняется при Dt^h=10 °С; b=1.

В системах с циркуляцией  в разводящих трубопроводах и  в  стояках с одинаковым сопротивлением Q^ht определяется только по  стоякам и расчет выполняется при Dt^h=8,5 °С; b=1,3.

Определенный таким образом циркуляционный  расход  на  головном участке системы распределяется по участкам пропорционально их  теплопотерям, определенным в соответствии с положениями § 1.5.

Продемонстрировать принцип  такого распределения можно на следующем  условном примере. Представим, что очередной узел № 6 подлежит распределению циркуляционного расхода (распределение производится по направлению движения воды: от теплоцентра к наиболее удаленному стояку). Узел образован подключением к   магистрали циркуляционного полукольца очередного стояка с  условным № 3 (полукольцо- это сам стояк и его циркуляционная часть).

 

Если циркуляционный расход  на участке 6-7, определенный при увязке предыдущего узла  7,  составляет , то искомый расход, направляемый дальше по участку 5-6 составит:

 

а циркуляционный расход, направляемый в стояк № 3:

 

 

В этих формулах - сумма теплопотерь системы в от  наиболее удаленной точки до узла 6, а - теплопотери стояка. Для удобства использования такого метода сам расчет теплопотерь  рекомендуется вести с последовательным учетом потерь каждого стояка в  точке  его подключения.

 

1.7-1. Гидравлический расчет  СГВ в режиме циркуляции

 

После распределения  циркуляционных расходов по расчетным  участкам выполняется гидравлическая увязка системы  в  режиме  "чистой" циркуляции. Последовательность расчета  такова.

Предварительно назначаются диаметры циркуляционных трубопроводов (на 1-3 типоразмера) меньше соответствующего подающего трубопровода. Определение потерь напора  по  участкам  ведется  по  тем  же формулам и номограммам, что и при гидравлическом  расчете  подающих трубопроводов,  но  при  циркуляционных  расходах.  Расчет  ведется параллельно по подающим и циркуляционным трубопроводам с суммированием до очередного узла разветвления. Аналогично  определяются  потери напора в подключаемом к тому же узлу полукольце,  образованном  стояком, секционным узлом или ветвью системы.

Полученные потери напора в полукольцах, стыкующихся  в  данном узле, не должны отличаться более чем на 10%. Если  это  условие  не выполняется, производится увязка узла в следующем  порядке  (каждый следующий метод применяется, если не дает должного результата  предыдущий).

1. Варьируются диаметры трубопроводов.
2. Устанавливается диафрагма на циркуляционном трубопроводе  полукольца с меньшими потерями напора. Диаметр диафрагмы  определяется по выражению

 

где q^h_м - расход воды в полукольце с меньшими потерями напора;

DН - разность потерь напора в полукольцах, которая и должна быть  «погашена» в диафрагме, даПа.

Диафрагма не может быть  менее  10  мм  (из-за  постепенного зарастания  и возможности ее нерасчетной работы).

3. Изменяется циркуляционный расход, но не  более  чем  на  30%. Изменение расхода необходимо учитывать на всех последующих (к теплоцентру) участках.
4. Устанавливается дополнительный кран для регулировки системы в      процессе наладки. Кран устанавливается на циркуляционном трубопроводе в дополнение к обычному отключающему крану.

 

 

1.8. Подбор и  схемы включения повысительных

  и циркуляционных  насосов и диафрагм

 

Распространенным случаем  является  недостаток  располагаемого (минимального гарантированного) напора Н_g в точке подключения  по сравнению с определенным требуемым, необходимым для нормальной  работы системы ГВ (см. п.1.6-2). Назначение повысительного  насоса  - восполнять недостаточный располагаемый напор до величины  не  меньше требуемого.

 

1.8-1. Закрытые системы  теплоснабжения

 

При нагреве воды на нужды  СГВ  ввод  холодного  водопроводы  в здание обычно общий для систем холодного и горячего  водоснабжения. Если при этом требуемый напор  для СГВ превышает аналогичную  величину для холодного водоснабжения  не более чем на 10 м, устанавливается общая повысительная насосная установка (рис.1.15-а). Насос  подбирается на суммарный расчетный расход на холодное и горячее водоснабжение:

 

q^н_треб = q^h + q^с,

 

где  q^с - расчетный расход холодного водопровода.

Требуемым напором насоса является больший  из  недостающих,  то есть для СГВ:

Н^н_треб = Н^h_треб - Н_g

 

Если разница между  требуемыми напорами систем горячего  и  холодного водоснабжения составляет более  10,  то  общий  насос  подбирается на тот же расход q^н_треб, но в качестве  требуемого  напора принимается недостаток напора для системы холодного водоснабжения: