Определение расчетных расходов воды. Гидравлический расчет подающих и циркуляционных трубопроводов. Разработка схемы трубопроводов системы горячего водоснабжения и теплового пункта. Подбор оборудования теплового пункта. Определение потерь теплоты.
Тепловая изоляция предусмотрена для подающих и циркуляционных трубопроводов систем горячего водоснабжения, включая стояки, кроме подводок к водоразборным приборам. Удаление воздуха при нижней разводке происходит через водоразборные приборы верхних этажей или через воздушные краны верхней части подающих стояков. Вероятность действия водоразборных приборов системы горячего водоснабжения определяется исходя из норм расхода горячей воды на одного человека в час наибольшего водопотребления = 10 л/ч, прил.3. Гидравлический расчет подающих теплопроводов начинают после конструктивного решения системы горячего водоснабжения и вычерчивания аксонометрической расчетной схемы теплопроводов, включая тепловой пункт.
Введение
В расчетно-графической работе проектируется система централизованного горячего водоснабжения жилого здания, приготовление горячей воды осуществляется в индивидуальном тепловом пункте здания.
При этом решаются следующие вопросы: - разработка схемы трубопроводов системы горячего водоснабжения и теплового пункта;
- определение расходов горячей воды и тепла;
- гидравлический расчет подающих и циркуляционных трубопроводов;
- подбор оборудования теплового пункта.
1. Исходные данные
- план типового этажа жилого здания;
- количество секций в здании: 2;
- этажность: 4;
- система теплоснабжения: открытая;
- наличие аккумуляторов тепла: с аккумулятором.
2. Схема горячего водоснабжения
Система горячего водоснабжения запроектирована с нижней разводкой. Разводящие и циркуляционные магистральные теплопроводы проложены в подвале, закреплены на кронштейнах или подвесках к потолку или перекрытию. Горизонтальные теплопроводы для удаления воздуха и спуска воды проложены с уклоном 0,002 в сторону теплового пункта. При этом циркуляционный трубопровод располагается параллельно подающему. Тепловой пункт из условия увязки отдельных колец системы расположен ближе к середине здания. Горизонтальная разводка теплопровода от стояка к приборам производится на высоте 0,2 м от пола с уклоном 0,002. Смесители ванн устанавливаются на высоте 0,8 м, смесители моек - на высоте 0,85 м, смесители умывальников - на высоте 1,0 м от уровня пола.
Участки труб в местах прохода через стены и перекрытия закладываются в металлические гильзы.
Тепловая изоляция предусмотрена для подающих и циркуляционных трубопроводов систем горячего водоснабжения, включая стояки, кроме подводок к водоразборным приборам.
Для отопления ванных комнат предусмотрены полотенцесушители. Удаление воздуха при нижней разводке происходит через водоразборные приборы верхних этажей или через воздушные краны верхней части подающих стояков.
Установка запорной арматуры предусмотрена на трубопроводах у основания подающих и циркуляционных стояков, на ответвлениях в каждую квартиру.
В нижней части трубопроводов устанавливаются сливные патрубки с арматурой. Для трубопроводов системы горячего водоснабжения применяются стальные оцинкованные трубы.
3. Определение расчетных расходов воды
Определим расчетные расходы воды и теплоты на горячее водоснабжение 32-квартирного 4-этажного жилого дома, состоящего из 2 секций. В квартирах в зависимости от планировки устанавливается следующая водоразборная арматура: в ванной комнате - смеситель для ванны и смеситель для умывальника, на кухне - смеситель мойки.
Принимая во внимание, что в 2-комнатной квартире проживает 3 человека, в 1- комнатной -2, определяется общее число потребителей горячей воды
U = (2·3 2·2) ·2·4 = 80 чел.
Общее число водоразборных приборов в здании: N = 3 · n = 3 · 32 = 96, где n - количество квартир в здании.
Вероятность действия водоразборных приборов системы горячего водоснабжения определяется исходя из норм расхода горячей воды на одного человека в час наибольшего водопотребления = 10 л/ч, прил.3. [1], и нормы расхода горячей воды прибором л/с, прил.2. [1].
.
По значению P·N = 0,013 · 96 = 1,248 определяется безразмерный коэффициент a (прил. 4 табл. 2 [1]) , a = 1,095.
Максимальный секундный расход воды вычисляется по формуле: л/с.
Вероятность использования санитарно-технических приборов для системы в целом: , где - норма расхода горячей воды прибором, л/ч, согласно прил.3 [1].
По произведению находится значение
Максимальный часовой расход воды м3/ч
Средний расход горячей воды за сутки наибольшего водопотребления м3/сут, где норма расхода горячей воды потребителем в сутки наибольшего водопотребления согласно прил.3 [1].
Среднечасовой расход горячей воды при периоде потребления 24 часа: м3/ч.
4. Гидравлический расчет подающих трубопроводов системы горячего водоснабжения
Гидравлический расчет подающих теплопроводов начинают после конструктивного решения системы горячего водоснабжения и вычерчивания аксонометрической расчетной схемы теплопроводов, включая тепловой пункт.
Выбирается главная ветвь системы как наиболее протяженная и загруженная (от ввода холодного водопровода в ИТП до дальнего водоразборного прибора, наиболее удаленного от ИТП здания).
Гидравлический расчет системы горячего водоснабжения производим на расчетный расход горячей воды с учетом циркуляционного расхода
= · (1 ), где qh - максимальный расчетный расход горячей воды, л/с;
Kcir - коэффициент, принимаемый для водонагревателей и начальных участков сети до первого водоразборного стояка по прил. 5 [1]; в остальных случаях Kcir = 0.
Циркуляционный расход горячей воды в системе
, л/с, где b - коэффициент разрегулировки циркуляции;
Dt- разность температур в подающих трубопроводах системы от водонагревателя до наиболее удаленной водоразборной точки, °С.
Значение величин следует принимать в зависимости от схемы горячего водоснабжения согласно требованиям п. 8.2 [1]; в расчете можно брать
Dt = 8,5°С; b=1.
Так как на данном этапе неизвестны теплопотери трубопроводами и в конечном итоге циркуляционный расход, предварительно принимаем Kcir = 0. После определения Qht уточняется Kcir и расчетный расход горячей воды с учетом циркуляционного расхода.
Гидравлический расчет теплопроводов производится методом удельных потерь давления по длине. Потери давления на участке теплопровода мм, где i - удельные потери давления на трение при расчетном расходе воды на участке, мм/м, по прил. 6 [1];
l - длина расчетного участка, м;
Kl - коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях, значения которого следует принимать: 0,2 - для подающих и циркуляционных распределительных трубопроводов;
0,5 - для трубопроводов в пределах тепловых пунктов, а также трубопроводов водоразборных стояков с полотенцесушителями;
0,1 - для трубопроводов водоразборных стояков без полотенцесушителей и циркуляционных стояков.
Диаметр труб подающих стояков и магистралей подбирается по скорости воды: 1,5 м/с - в подающих теплопроводах и 2,5 м/с - в подводках к водоразборным приборам.
Увязка потерь давления в стояках производится путем изменения диаметров отдельных участков стояков и магистралей. Невязка потерь давления по стоякам не должна превышать 10%.
Коэффициент Kcir , начиная с участка 1.2 и до 7 включительно, равен 0, а для участков 8, 9 принимается по прил. 5 [1]. Расчет ведем в табличной форме (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Гидравлический расчет подающих теплопроводов
Стояк 1
№ уч-ка N NP a qh, л/с l, м d, мм V, м/с Kl i, мм/м H, мм ?H, м
Невязка потерь давления по двум расчетным направлениям через дальний и ближний водоразборные стояки (соответственно 1 и 5)
.
Теперь уточним расчетный расход горячей воды с учетом циркуляционного расхода на участках 8, 9 и 12: для участка 8 Qht = Q8 ?l8 = 83,75?1=83,75 Вт (0,084 КВТ);
для участка 9 Qht = Q9 ?l9 = 84,88?6=509,28 Вт (0,509 КВТ);
для участка 12 Qht = Q12 ?l12 = 83,75?0,5=41,88 Вт (0,419 КВТ).
Тогда для участка 8 для участка 9 для участка 12
Проверяем коэффициент Kcir участок 8 участок 9 участок 12
Следовательно, предварительно принятое Kcir верно и расходы, определенные ранее, остаются без изменения, весь расчет произведен правильно.
5. Определение потерь теплоты водоснабжение трубопровод гидравлический здание
Определение потерь тепла подающими трубопроводами и стояками производится по удельным величинам теплопотерь.
Расчет производится, исходя из средней температуры воды в системе: ,
где тн - температура воды на выходе из теплового пункта.
Для открытой системы температура воды на выходе из теплового пункта: тн =55°С;
тк - температура воды у наиболее удаленного водоразборного прибора: тк =50°С.
Для определения теплопотерь стояками необходимо также знать температуру воздуха в помещениях ( t0 ), где проложены теплопроводы: в ванных комнатах - 25 °С;
в кухнях и туалетных комнатах - 21 °С;
в неотапливаемых подвалах - 5 °С.
В системах с полотенцесушителями на стояках к сумме теплопотерь каждого стояка прибавляют потери теплоты (Вт) полотенцесушителями, равные 100n, где 100 - усредненная теплоотдача одним полотенцесушителем, n - количество полотенцесушителей, присоединенных к стояку.
Результаты расчета сведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1
№ уч-ка l, м d, мм t0, °C
°Cq, Вт/MQ, ВТПРИМЕЧАНИЕ
1 2 3 4 5 6 7 8
Стояк 1 (стояк 8)
1.1 2,50 15,0 25 27,50 24 60,00 Потери тепла с учетом полотенцесушителей: SDQ=2214 4?100=2614 Вт
1.2 3,00 25,0 21 31,50 43,25 129,75
1.3 3,00 25,0 21 31,50 43,25 129,75
1.4 3,00 25,0 21 31,50 43,25 129,75
1.5 11,0 25,0 21 31,50 43,25 475,75
6 0,60 25,0 21 31,50 43,25 25,95
7 8,00 32,0 5 47,50 83,75 670,00
8 1,00 32,0 5 47,50 83,75 83,75
9 6,00 40,0 5 47,50 84,88 509,28
Стояк 2 (стояки 3, 6, 7)
2.1 2,50 15,0 25 27,5 24 60,00 Потери тепла с учетом полотенцесушителей: SDQ=687 4?100=1087 Вт
2.2 3,00 20,0 21 31,5 34,5 103,50
2.3 3,00 25,0 21 31,50 43,25 129,75
2.4 3,00 25,0 21 31,50 43,25 129,75
2.5 4,00 25,0 5 47,50 66 264,00
Стояк 4 (стояк 5)
4.1 2,50 15,0 25 27,5 24 60,00 Потери тепла с учетом полотенцесушителей: SDQ=562 4?100=962 Вт
4.2 3,00 20,0 21 31,50 34,5 103,50
4.3 3,00 20,0 21 31,50 34,5 103,50
4.4 3,00 25,0 21 31,50 43,25 129,75
4.5 2,50 25,0 5 47,50 66 165,00
10 0,60 25 5 47,5 66 39,6
11 8,00 32 5 47,5 83,75 670
12 0,5 32 5 47,5 83,75 41,88
Общая сумма потерь тепла SQ = 12252 Вт
6. Определение циркуляционных расходов
Расчетный циркуляционный расход воды (кг/ч), компенсирующий теплопотери:
где суммарные потери теплоты, Вт;
перепад температур воды в подающих теплопроводах системы;
.
Циркуляционный расход воды на участке 9 распределяем по участкам магистрали и стоякам пропорционально потерям теплоты в них: на участке 8
Диаметры циркуляционных трубопроводов принимаются из соображений увязки потерь давления в циркуляционных кольцах, проходящих через все стояки. Невязка потерь давления не должна превышать 10 %. Расчет производится в табличной форме. Расчетную длину этажестояка принимаем равной высоте этажа и длине двух подводок к полотенцесушителю за вычетом высоты полотенцесушителя, что составляет 3 м (табл. 7.1).
№ уч-ка l, м qcir, л/с d, мм V, м/с Kl i, мм/м H, мм ?Н,м
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Циркуляционное кольцо через стояк 1
9 6 0,59 40 0,54 0,5 25 225 0,225
8 1 0,29 32 0,35 0,2 12 14,4 0,239
7 8 0,25 32 0,3 0,2 8 76,8 0,316
6 0,6 0,19 25 0,47 0,2 38 27,36 0,344
1.5 11 0,14 25 0,35 0,2 19 250,8 0,594
1.4-1.2 9 0,14 25 0,35 0,1 19 188,1 0,782
1.1"-1.4" 16 0,14 20 0,6 0,1 75 1320 2,102
1.5" 9 0,14 20 0,6 0,2 80 864 2,966
6" 2 0,19 20 0,63 0,2 162 388,8 3,355
7" 7 0,25 25 0,55 0,2 49 411,6 3,767
8" 1,5 0,29 25 0,7 0,2 78 140,4 3,907
9" 6 0,59 32 0,75 0,5 60 540 4,447
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Циркуляционное кольцо через стояк 2
2.5 4 0,057 25 0,13 0,2 2,5 12 0,012
2.4-2.3 6 0,057 25 0,13 0,1 2,5 16,5 0,0285
2.2 3 0,057 20 0,2 0,1 10 33 0,0615
2.1"-2.4" 16 0,057 15 0,41 0,1 70 1232 1,2935
2.5" 1,5 0,057 15 0,41 0,2 70 126 1,4195
;
Невязка более 10%. Тогда на циркуляционном стояке установим диафрагму, диаметр которой рассчитывается по формуле (17) [1].
.
8. Определение емкости аккумулятора тепла
Определим среднечасовой расход теплоты за сутки наибольшего водопотребления, КВТ: , КВТ;
КВТ;
тс - температура холодной водопроводной воды (5 °С).
На основании безразмерного графика расхода горячей воды в жилом здании построим интегральный график потребления и подачи теплоты.
С 0 до 2 ч потребление теплоты системой ГВ составляет: 569?0,6?2=683 КВТ
C 0 до 4 ч. - 683 569?0,1?2=797 КВТ;
С 0 до 6 ч - 797 569?0,2?2=1025 КВТ;
С 0 до 8 ч - 1025 569?0,8?2=1935 КВТ;
С 0 до 10 ч - 1935 569?1,2?2=3301 КВТ;
С 0 до 12 ч - 3301 569?1?2=4439 КВТ;
С 0 до 14 ч - 4439 569?0,5?2=5008 КВТ;
С 0 до 16 ч - 5008 569?0,5?2=5577 КВТ;
С 0 до 18 ч - 5577 569?0,8?2=6487 КВТ;
С 0 до 20 ч - 6487 569?1,4?2=8080 КВТ;
С 0 до 22 ч - 8080 569?2,1?2=10470 КВТ;
С 0 до 24 ч - 10470 569?2?2=12746 КВТ.
На интегральном графике находим максимальную разность подачи и потребления теплоты Амах , которая в 18 ч. составляет 3127 КВТ.
Баки-аккумуляторы принимаем с нижним расположением и постоянным объемом.
Требуемый объем аккумулятора теплоты м3
В соответствии с [1] принимаем к установке 2 прямоугольных бака МВН-720 вместимостью 10 м3, размерами 3500?1600?2000 мм.
9. Подбор оборудования теплового пункта
В качестве смесителя выбираем регулятор температуры смешанной воды типа ОРГРЭС - регулирующий клапан смешения РКС в блоке с жидкостным термореле ТРЖ. Из [3] по расходу qh = 0,986 л/с и диаметру теплопровода 40 мм принимаем клапан смешения РКС диаметром 40 мм с площадью проходного сечения золотника 700 мм2. Потери напора в клапане смесителя = 5 м.
Счетчик расхода воды устанавливается на подающем теплопроводе системы горячего водоснабжения после смесителя. При расходе qh = 0,986 л/с и диаметре теплопровода 40 мм принимаем крыльчатый счетчик калибром 40 мм. Сопротивление счетчика S = 0,5 м/(л/с)2.
Потери напора в счетчике, м м.
Принимая свободный напор у смесителя ванны м и высоту подъема воды м, определяем требуемый напор в обратном теплопроводе ввода теплосети м.
Произведем подбор зимней и летней диафрагм.
Расход тепла на отопление здания можно определить по укрупненным показателям исходя из следующего: нормируемая величина жилой площади f на 1 чел. 9…12 м2 , соотношение между жилой и общей площадью 1:1,5, укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м2 общей площади - 82 Вт/м2. Тогда КВТ.
Расход сетевой воды на отопление, м3/ч м3/ч.
При потерях напора в подающих теплопроводах , циркуляционном расходе воды кг/ч, потерях напора в циркуляционных теплопроводах м расчетном расходе воды и x = 0,15 дросселируемый напор в зимней диафрагме равен потерям напора в циркуляционной системе м.
Выбираем насос типа K (1,5K-6б) с подачей 4 м3/ч, полным напором 12 м, частотой вращения вала 2900 об/мин, укомплектованный электродвигателем мощностью 1 КВТ (прил. 6). Устанавливаем 2 насоса - рабочий и резервный.
Требуемый диаметр зимней диафрагмы мм.
При потерях напора в циркуляционной системе = 4,6 м дросселируемый напор в летней диафрагме где НП - напор в подающем трубопроводе ввода теплосети;
H0 - напор в обратном трубопроводе ввода теплосети.
