Материал: Расчет тепловых затрат на коммунально-бытовые нужды

Определяем расход воды на горячее водоснабжение. При параллельной схеме включения подогревателей.

 (14)

где t1``- температура сетевой воды в подающем трубопроводе тепловой сети при tн``, оС;

t3`` - температура сетевой воды после подогревателей: t3``=30 оС.

Расчёт сводится в таблицу 10.

Таблица 10 - Расходы воды

2. Гидравлический расчёт тепловой сети

.1 Гидравлический расчёт

Задачей гидравлического расчёта является определение диаметров трубопроводов и потерь давления на участках и в целом в тепловой сети. Расчёт состоит из предварительного и окончательного. В предварительном расчёте не известен характер и количество местных сопротивлений. Они оцениваются и приближенно, через коэффициент α, принимается по источнику [8].

lэ= α×l                                            (17)

lпр=l+lэ                                        (18)

где lэ-эквивалентная длина, м;

l - длина трубопроводов;

lпр-приведённая длина, м.

Потери давления на участках, ∆Рс, Па, определяется по формуле:

∆Рс=R×lпр,                                        (19)

где R - удельные потери давления, Па/м, принимаем по [8] одновременно с выбором диаметра трубопровода. При выборе диаметра удельные потери давления на основной магистрали допускается принимать до 80 Па/м на ответвлениях до 300 Па/м.

Для построения пьезометрического графика потери давления на участках переводим в м.вод.ст по формуле

∆Hc=∆Pc/gρ ,                                (20)

где g - ускорение свободного падения, можно применить g=10 м/с;

ρ - плотность воды, принимаем равной 1000 кг/м³.

Давление в конце первого участка для подающей магистрали определяем по формуле

Нn1=Нn(сут) + ∆Нс1,                        (21)

где Нn(сут) - давление в подающей магистрали в точке подключения.

Давление в начале первого участка для обратной магистрали определяется по формуле:

Но1=Но(Сут) - ∆Нс1                         (22)

Располагаемое давление в конце первого участка Нр1, м.вод.ст.

Нр1=Нп1-Но1                             (23)

Для второго участка Нп2, м.вод.ст

Нп2=Нп1-∆Нс                             (24)

Но2=Но1+∆Нс2,                         (25)

Для последующих участков за начальное давление принимаем конечное давление того участка, из которого выходит рассчитываемый.

При выполнении расчета составляют расчетную схему тепловой сети, расставляют неподвижные опоры с учетом допустимого расстояния между ними, принимаемого по [8]. Между опорами расставляют компенсаторы.

Затем определяют характер и эквивалентную длину местных сопротивлений на каждом участке по [8].

Участок 1 (d = 133х4 мм)

Тройник-ответвление (2 шт. )- 6,6

Задвижка- 2,08

П-образный компенсатор - 5,6

Тройник-проходной - 4,4

∑ℓэ = 23,08м

Участок 2 (d = 133х4 мм)

Тройник-проходной - 4,4

П-образный компенсатор-5,6

∑ℓэ = 10,0 м

Участок 3 (d = 108х4 мм)

Задвижка - 1,65

П-обр. компенсатор (2 шт.) - 3,8

Тройник-проходной - 3,3

∑ℓэ = 8,75 м

Участок 4 (d = 108х4 мм)

Задвижка - 1,65

П-обр. компенсатор - 3,8

∑ℓэ = 5,45 м

Участок 5 (d =89х3,5 мм)

Тройник ответвление - 3,82

П-обр. компенсатор - 3,5

Задвижка-1,28

∑ℓэ = 8,6 м

Участок 6 (d = 89х3,5 мм)

Тройник ответвление - 3,82

Задвижка - 1,28

П-обр. компенсатор- 3,8

∑ℓэ = 8,6 м

Участок 7 (d = 89х3,5 мм)

Тройник-отвлетвления- 3,82

Задвижка - 1,28

П-обр. компенсатор - 3,5

∑ℓэ = 8,6 м

Участок 8 (d = 38х2,5 мм)

Тройник-отвлетвления- 1,9

Задвижка - 0,6

П-обр. компенсатор - 2,4

∑ℓэ = 4,9 м

После этого производят гидравлический расчет, изменив эквивалентную длину местных сопротивлений и сохранив диаметры трубопроводов, принятые в предварительном расчете.

Расчет сводят в таблицу 11.

Таблица 11 - Гидравлический расчет тепловой сети

При увязке ответвлений необходимо так выбирать диаметр трубопровода на каждом участке, чтобы располагаемое давление у каждого здания было примерно одинаковым. Если на ответвлении Нр получилось больше, чем располагаемое давление у конечного здания по основной магистрали, на ответвлении устанавливают шайбу.

 (26)

Расчет Г-образного участка трубопровода на участке №5

lм

lб

Исходные данные:

Диаметр трубопровода Дн = 0,089 м;

Длина меньшего плеча Lм = 20 м;

Длина большего плеча Lб = 28 м;

Угол поворота трассы α =90 º.

Расчет:

Продольное изгибающее компенсационное напряжение в заделке короткого плеча , Мпа

;       (27)

где с - вспомогательный коэффициент, принимаемый по номограмме (приложение 12) в зависимости от соотношения плеч  и расчетного угла поворота трассы β = α - 90 о

 - вспомогательная величина, значение которой определяют по источнику [8] в зависимости от диаметра трубопровода Dн, см

Δt - расчетная разность температур, Δt = τ1 - tн.о

Lм - длина меньшего плеча, м;

Lб - длина большего плеча, м.

Если < 80 МПа, то размеры плеч достаточны.

Силы упругой деформации в заделке меньшего плеча

;   (28)

Расчет П-образного компенсатора

Исходные данные:

Диаметр трубопровода Dу = 0,133 м;

Расстояние между неподвижными опорами L = 72 м;

Расчёт:

Линейное удлинение компенсируемого участка теплопровода, м, при температуре окружающей среда tн.о

Δ l = α ∙ L (τ1 - tн.о)                     (29)

где α - коэффициент линейного удлинения стали, α = 12 ∙ 10-6 1/ºС.

Δ l = 12 ∙ 10-6 ∙72 (135 -(-20)) = 0,13

Учитывая предварительное растяжение компенсатора расчетное удлинение компенсируемого участка равно

Δlр= ε×Δl                                       (30)

где ε - коэффициент, учитывающий предварительную растяжку компенсатора, ε = 0,5.

Δlр= 0,5 × 0,13 = 0,065

При спинке компенсатора, равной половине вылета компенсатора, т.е. при В = 0,5 Н по номограмме определяют вылет компенсатора H = 3,1 м и силу упругой деформации Рк = 0,4 МПа.

. Расчет тепловой изоляции

Расчет тепловой изоляции производим для среднего диаметра трубопровода Dср мм, по трассе тепловой сети

Определяем средний наружный диаметр трубопровода dср, м

 (35)

где d1, d2, … dn - диаметр каждого участка, м;

ℓ1, ℓ2, … ℓn - длина каждого участка, м

По источнику [8] принимаем к расчету ближайший стандартный средний диаметр трубопровода Дн × S = 108х4мм.

По выбранному диаметру выбираем тип канала КЛ 90-45.

Определяют среднегодовые температуры воды в подающем и обратном теплопроводе по формуле

, (36)

где  τ1, τ2,…, τn - средние температуры сетевой воды по месяцам года, определяемые по графику центрального качественного регулирования в зависимости от среднемесячных температур наружного воздуха, [1];

n1, n2,…, n12 - продолжительность в часах каждого месяца.

Таким образом, τср1=77оС, τср2=46оС.

Расчет толщины тепловой изоляции выполняют по нормированной плотности теплового потока.

Требуемое полное термическое сопротивление подающего ΣR1 и обратного ΣR2 теплопроводов, (м∙ºС)/Вт,

; (37)

, (38)

где tо - среднегодовая температура грунта на глубине заложения оси трубопровода, принимается по [8];

qнорм 1, qнорм.2 - нормированные плотности тепловых потоков для подающего и обратного трубопроводов диаметром dср при среднегодовых температурах теплоносителя ,Вт/м, [8].

При нормированной линейной плотности теплового потока через поверхность изоляции 1 м теплопровода qн, Вт/м, толщина основного слоя теплоизоляционной конструкции δИЗ, м, определяется по выражениям

для подающего теплопровода

 (39)

; (40)

для обратного теплопровода

 (41)

, (42)

где λИЗ.1, λ ИЗ.2 - коэффициенты теплопроводности изоляционного слоя, соответственно, для подающего и обратного трубопровода, Вт/(мо∙С), принимаемый в зависимости от вида и средней температуры изоляционного слоя. Для основного слоя тепловой изоляции из минераловатных плит марки 125

λиз=0,049+0,0002tm, (43)

где tm - средняя температура основного слоя изоляционной конструкции, оС, при прокладках в непроходном канале и среднегодовой температуре теплоносителя τср, ºС.

                             (44)

αн - коэффициент теплоотдачи на поверхности теплоизоляционной конструкции, Вт/м2ºС, αн = 8;

dн - наружный диаметр принятого трубопровода, м.

λиз1=0,049+0,0002tm,= 0,049+0,0002×58,3=0,061

λиз2=0,049+0,0002tm,= 0,049+0,0002·43=0,058

Принимаем толщину изоляции 60 мм.

Термическое сопротивление наружной поверхности изоляции RН, (м∙ºС)/Вт, определяют по формуле:

 (45)

где dИЗ - наружный диаметр изолированного трубопровода, м, при наружном диаметре неизолированного трубопровода dн, м и толщине изоляции δиз, м, определяется как:

; (46)

где αВ - коэффициент теплоотдачи на поверхности изоляции, αВ=8 Вт/м2 0С [3].

Термическое сопротивление на поверхности канала RП.К., (м∙ºС)/Вт, определяется по выражению

, (47)

где dЭ.К. - эквивалентный диаметр внутреннего контура канала, м2; при площади внутреннего сечения канала F, м2 и периметре Р, м, равный

, (48)

где αП.К. - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности канала, для непроходных каналов αП.К =8,0 Вт/(м2 оС).

Термическое сопротивление изоляционного слоя RИЗ, (моС)/Вт, равно:

 (49)

Термическое сопротивление грунта RГР, (м∙ºС)/Вт, с учетом стенок канала при соотношении h/dЭ.К.>2 определяется по выражению

 (50)

где λгр - коэффициент теплопроводности грунта, для сухих грунтов, λгр=1,74 Вт/(моС).

Температура воздуха в канале, ºС,

 ,     (51)

где R1 и R2 - термическое сопротивление потоку от теплоносителя к воздуху канала соответственно для подающего и обратного теплопровода, (моС)/Вт,

;        (52)

,       (53)