/
Теги: отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха в зданиях теплоэнергетика теплотехника
ISBN: 5-283-00114-8
Текст
ВОДЯНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ
СПРАВОЧНОЕ ПОСОБИЕ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
Под редакцией
Н. К. ГРОМОВА, Е. П. ШУБИНА
1g
МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1988
ББК 31.38 В 62
УДК 697.443.001.63(035.5)
Рецензенты: Е. Я. Соколов, Н. М. Зингер
Авторы: И. В. Беляйкина, В. П. Витальев, Н. К. Громов, Л. П. Иголка, А. А. Лямин, П. П. Остальцев, А. П. Сафонов, А. А. Скворцов, М. А. Сурис, Р. М. Таги-заде, В. С. Фаликов, Е. П. Шубин
Водяные тепловые сети: Справочное пособие по В 62 проектированию/И. В. Беляйкина, В. П. Витальев, Н. К. Громов и др.; Под ред. Н. К. Громова, Е. П. Шубина. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 376 с.: ил.
ISBN 5-283-00114-8
В книге приведены нормативные материалы, используемые при проектировании тепловых сетей и тепловых пунктов. Даны рекомендации по выбору оборудования н схем теплоснабжения Рассмотрены расчеты, связанные с проектированием тепловых сетей. Приведены сведения о прокладке тепловых сетей, об организации строительства и эксплуатации тепловых сетей и тепловых пунктов.
Книга рассчитана на инженерно-технических работников, занимающихся проектированием тепловых сетей.
2303040000-488 ... __
В----------------241-87
051(01)-88
ББК 31.38
ISBN 5-283-00114-8
© Энергоатомиздат, 1988
ПРЕДИСЛОВИЕ
Жилищное и промышленное строительство, требования экономии топлива и защиты окружающей среды предопределяют целесообразность интенсивного развития систем централизованного теплоснабжения. Выработка тепловой энергии для таких систем в настоящее время производится теплоэлектроцентралями, котельными районного значения.
Надежная работа систем теплоснабжения при строгом соблюдении необходимых параметров теплоносителя во многом определяется правильным выбором схем тепловых сетей и тепловых пунктов, конструкций прокладки, применяемого оборудования.
Считая, что правильное проектирование тепловых сетей невозможно без знания их устройства, работы и тенденций развития, авторы старались привести в справочном пособии рекомендации по проектированию и дать краткое их обоснование.
Пособие составлено группой специалистов: И. В. Беляйки-ной — гл. 3 и 4, В. П. Витальевым - гл. 18, Н. К. Громовым — гл. 12, 13, 22-24, Л. П. Иголкой — гл. 26, А. А. Ляминым — гл. 14 — 17, 19, 20, П. П. Остальцевым — гл. 27, А. П. Сафоновым - гл. 25, А. А. Скворцовым — гл. 11, М. А. Сурисом — гл. 21, В. С. Фаликовым — гл. 6, Е. П. Шубиным — гл. 1, 2, 5, 7 — 10 (в части таблиц гл. 9 совместно с И. В. Беляйкиной). Глава 28 написана Р. М. Таги-заде, Н. К. Громовым и В. С. Фаликовым совместно. Приложения составлены Е. П. Шубиным и И. В. Беляйкиной совместно.
Авторы выражают благодарность за высказанные замечания и пожелания при рецензировании книги докторам техн, наук Е. Я. Соколову и Н. М. Зингеру, а также научному редактору А. В. Извекову.
Замечания и предложения следует направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая иаб., 10, Энергоатомиздат.
Авторы
' Раздел первый
ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Глава первая
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ И ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ
1.1. Системы централизованного теплоснабжения и их структура
Системы централизованного теплоснабжения характеризуются сочетанием трех основных звеньев: теплоисточников, тепловых сетей и местных систем теплоиспользования (теплопотребления) отдельных зданий или сооружений. В теплоисточниках осуществляется получение теплоты за счет сжигания различных видов органического топлива. Такие теплоисточники называются котельными. В случае использования в теплоисточниках теплоты, выделяемой при распаде радиоактивных элементов, они называются атомными станциями теплоснабжения (ACT). В отдельных системах теплоснабжения используются в качестве вспомогательных возобновляемые источники теплоты — геотермальная энергия, энергия солнечного излучения и т. п.
Если теплоисточник расположен вместе с теплоприемниками в одном здании, то трубопроводы для подачи теплоносителя к теп-лоприемникам, проходящие внутри здания, рассматриваются как элемент системы местного теплоснабжения. В системах централизованного теплоснабжения теплоисточники располагаются в отдельно стоящих зданиях, а транспорт теплоты от них осуществляется по трубопроводам тепловых сетей, к которым присоединены системы теплоиспользования отдельных зданий.
Масштабы систем централизованного теплоснабжения могут изменяться в широких пределах: от небольших, обслуживающих несколько соседних зданий, до крупнейших, охватывающих ряд жилых или промышленных районов и даже город в целом. Независимо от масштаба эти системы по
4
контингенту обслуживаемых потребителей подразделяются на коммунальные, промышленные и общегородские. К коммунальным относятся системы, снабжающие теплотой в основном жилые и общественные здания, а также отдельные здания промышленного и коммунально-складского назначения, размещение которых в селитебной зоне городов допускается нормами [27, 52].
В основу классификации коммунальных систем по их масштабу целесообразно положить принятое в нормах планировки и застройки городов [27] членение территории селитебной ЗОНЫ на группы соседних зданий (или кварталы в районах старой застройки), объединяемые в микрорайоны с численностью населения 4 — 6 тыс. чел. в малых городах (с населением до 50 тыс. чел.) и 12—20 тыс. чел. в городах остальных категорий. В последних предусматривается формирование из нескольких микрорайонов жилых районов с численностью населения 25 — 80 тыс. чел. Соответствующие системы централизованного теплоснабжения можно охарактеризовать как групповые (квартальные), микрорайонные и районные. Теплоисточники, обслуживающие эти системы, по одному на каждую систему, могут быть отнесены соответственно к категории групповых (квартальных), микрорайонных и районных котельных. В крупных и крупнейших городах (с численностью населения соответственно 250 — 500 тыс. чел. и более 500 тыс. чел.) нормами предусматриваегся объединение нескольких смежных жилых районов в планировочные районы, ограниченные естественными или искусственными рубежами. В таких городах возможно появление наиболее крупных межрайонных систем коммунального теплоснабжения.
При больших масштабах выработки теплоты, в особенности в общегородских системах, является целесообразной совместная выработка теплоты и электроэнергии. Это обеспечивает существенную экономию топлива по сравнению с раздельной выработкой теплоты в котельных, а электроэнергии — на тепловых электростанциях за счет сжигания тех же видов топлива.
Тепловые электростанции, предназначенные для совместной выработки теплоты и электроэнергии, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).
Атомные электростанции, использующие теплоту, выделяемую при распаде радиоактивных элементов, для выработки электроэнергии, также иногда целесообразно использовать как теплоисточники в крупных системах теплоснабжения. Эти станции называются атомными теплоэлектроцентралями (АТЭЦ).
Системы централизованного теплоснабжения, использующие ТЭЦ в качестве основных теплоисточников, называются теплофикационными.
Вопросы сооружения новых систем централизованного теплоснабжения, а также расширения и реконструкции существующих систем требуют специальной проработки, исходя из перспектив развития соответствующих населенных пунктов на ближайший период (10—15 лет) и расчетный срок (25 — 30 лет).
Нормами [60] предусматривается разработка специального предпроектного документа, а именно схемы теплоснабжения данного населенного пункта. В схеме прорабатывается несколько вариантов технических решений по системам теплоснабжения и на основе технико-экономического сопоставления обосновывается выбор предлагаемого к утверждению варианта.
Последующая разработка проектов теплоисточников и тепловых сетей должна согласно нормативным документам производиться только на основе решений, принятых в утвержденной схеме теплоснабжения данного населенного пункта.
1.2. Общая характеристика тепловых сетей
Тепловые сети могут быть классифицированы по виду используемого в них теплоносителя, а также по его расчетным параметрам (давлениям и температурам). Практически единственными теплоносителями в тепловых сетях являются горячая вода и водяной пар.
Водяной пар как теплоноситель повсе
местно применяется в теплоисточниках (котельных, ТЭЦ), а во многих случаях — и в системах теплоиспользования, особенно промышленных. Коммунальные системы теплоснабжения оборудуются водяными тепловыми сетями, а промышленные — либо только паровыми, либо паровыми в сочетании с водяными, используемыми для покрытия нагрузок систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Такое сочетание водяных и пароьых тепловых сетей характерно также для общегородских систем теплоснабжения.
Водяные тепловые сети большей частью выполняются двухтрубными с сочетанием подающих трубопроводов для подачи горячей воды от теплоисточников до систем теплоиспользования и обратных трубопроводов для возврата охлажденной в этих системах воды к теплоисточникам для повторного подогрева. Подающие и обратные трубопроводы водяных тепловых сетей вместе с соответствующими трубопроводами теплоисточников и систем теплоиспользования образуют замкнутые контуры циркуляции воды. Эта циркуляция поддерживается сетевыми насосами, устанавливаемыми в теплоисточниках, а при больших дальностях транспорта воды — также и на трассе сетей (насосные станции).
В зависимости от принятой схемы присоединения к сетям систем горячего водоснабжения различают закрытые и открытые схемы (чаще применяются термины «закрытые и открытые системы теплоснабжения»), В закрытых системах отпуск теплоты из сетей в системе горячего водоснабжения осуществляется за счет подогрева, холодной водопроводной воды в специальных водонагревателях.
В открытых системах покрытие нагрузок горячего водоснабжения осуществляется за счет подачи потребителям воды из подающих трубопроводов сетей, а в течение отопительного периода — в смеси с водой из обратных трубопроводов систем отопления и вентиляции. Если при всех режимах для горячего водоснабжения может быть использована полностью вода из обратных трубопроводов, то отпадает надобность в обратных трубопроводах от тепловых пунктов до теплоисточника. Соблюдение этих условий, как правило, возможно только при совместной работе нескольких теплоисточников на общие тепловые сети с возложением покрытия нагрузок горячего водоснабжения на часть этих источников.
Водяные сети, состоящие только из подающих трубопроводов, называются однотрубными и по капитальным вложениям
5
в их сооружение являются наиболее экономичными.
Подпитка тепловых сетей в закрытых и открытых системах осуществляется за счет работы подпиточных насосов и установок по подготовке подпиточной воды. В открытой системе их требуемая производительность в 10 — 30 раз больше, чем в закрытой. В результате при открытой системе большими оказываются капитальные вложения в теплоисточники. Вместе с тем в этом случае отпадает надобность в подогревателях водопроводной воды, а потому существенно снижаются затраты на узлы присоединения систем горячего водоснабжения к тепловым сетям. Таким образом, выбор между открытой и закрытой системами в каждом случае должен обосновываться технико-экономическими расчетами с учетом всех звеньев системы централизованного теплоснабжения. Такие расчеты следует выполнять при разработке схемы теплоснабжения населенного пункта, т. е. до проектирования соответствующих теплоисточников и их тепловых сетей.
В отдельных случаях водяные тепловые сети выполняются трех- и даже четырехтрубными. Такое увеличение количества труб, обычно предусматриваемое лишь на отдельных участках сетей, связано с удвоением либо только подающих (трехтрубные системы), либо как подающих, так и обратных (четырехтрубные системы) трубопроводов для раздельного присоединения к со-и|ве|ывующим ।руОипривидам сиыем i иря-чего водоснабжения или систем отопления и вентиляции. Такое разделение существенно облегчает регулирование отпуска теплоты в системы различного назначения, но вместе с тем приводит к значительному увеличению капитальных вложений в сети.
В крупных системах централизованного теплоснабжения возникает потребность в разделении водяных тепловых сетей на несколько категорий, в каждой из которых могут применяться собственные схемы отпуска и транспорта теплоты.
В нормах [22] предусматривается подразделение тепловых сетей на три категории: магистральные от теплоисточников до вводов в микрорайоны (кварталы) или предприятия;
распределительные от магистральных сетей до сетей к отдельным зданиям;
сети к отдельным зданиям в виде ответвлений от распределительных (или в отдельных случаях от магистральных) сетей до узлов присоединения к ним систем теплоис-пользования отдельных зданий.
Эти наименования целесообразно уточнить применительно к принятой в § 1.1 клас-6
сификации систем централизованного теплоснабжения по их масштабу и контингенту обслуживаемых потребителей. Так, если в небольших системах от одного теплоисточника осуществляется подвод теплоты лишь к группе жилых и общественных зданий в пределах микрорайона или производственных зданий одного предприятия, то надобность в магистральных тепловых сетях отпадает и все сети от таких теплоисточников следует рассматривать как распределительные. Такое положение характерно для использования в качестве теплоисточников групповых (квартальных) и микрорайонных котельных, а также промышленных, обслуживающих одно предприятие. При переходе от таких небольших систем к районным, а тем более к межрайонным появляется категория магистральных тепловых сетей, к которым присоединяются распределительные сети отдельных микрорайонов или предприятий одного промышленного района. Присоединение отдельных зданий непосредственно к магистральным сетям, помимо распределительных, по ряду причин крайне нежелательно, а потому применяется очень редко.
Крупные теплоисточники районных и межрайонных систем централизованного теплоснабжения согласно нормам [27] должны размещаться за пределами селитебной зоны в целях сокращения влияния их выбросов на состояние воздушного бассейна этой зоны, а также упрощения систем подачи к ним жидкого или твердою топлива.
В таких случаях появляются начальные (головные) участки магистральных сетей значительной протяженности, в пределах которых отсутствуют узлы присоединения распределительных сетей. Такой транспорт теплоносителя без попутной раздачи его потребителям называется транзитом, при этом соответствующие головные участки магистральных тепловых сетей целесообразно выделить в особую категорию транзитных.
Наличие транзитных сетей существенно ухудшает технико-экономические показатели транспорта теплоносителя, особенно при протяженности этих сетей в 5 — 10 км и более, что характерно, в частности, при использовании в качестве теплоисточников атомных ТЭЦ или станций теплоснабжения.
1.3. Общая характеристика тепловых пунктов
Существенным элементом систем централизованного теплоснабжения являются установки, размещаемые в узлах присоединения к тепловым сетям местных систем теп-лоиспользования, а также на стыках сетей различных категорий. В таких установках
осуществляются контроль работы тепловых сетей и систем теплоиспользования и управление ими. Здесь производится измерение параметров теплоносителя - давлений, температур, а иногда и расходов — и регулирование отпуска теплоты на различных уровнях. От работы таких установок зависят в значительной мере надежность и экономичность систем теплоснабжения в целом.
Эти установки в нормативных документах [22,95] называются тепловыми пунктами (ранее применялись также наименования «узлы присоединения местных систем теплоиспользования», «тепловые центры», «абонентские установки» и т. п.).
Однако принятую в тех же документах классификацию тепловых пунктов целесообразно несколько уточнить, поскольку в них все тепловые пункты относятся либо к центральным (ЦТП), либо к индивидуальным (ИТП). К последним относятся только установки с узлами присоединения к тепловым сетям систем теплоиспользования одного здания или их части (в крупных зданиях). Все остальные тепловые пункты независимо от количества обслуживаемых зданий относятся к центральным.
В соответствии с принятой классификацией тепловых сетей, а также различных ступеней регулирования отпуска теплоты применяется следующая терминология.
В части тепловых пунктов:
местные тепловые пункты (МТП), обслуживающие системы теплоиспользования отдельных зданий;
групповые или микрорайонные тепловые пункты (ГТП), обслуживающие группу жилых зданий или все здания в пределах микрорайона;
районные тепловые пункты (РТП), обслуживающие все здания в пределах жилого района.
В части ступеней регулирования:
центральное — только на теплоисточниках ;
районное, групповое или микрорайон-ное — на соответствующих тепловых пунктах (РТП или ГТП);
местное — на местных тепловых пунктах отдельных зданий (МТП);
индивидуальное на отдельных тепло-приемниках (приборах систем отопления, вентиляции или горячего водоснабжения).
Глава вторая
НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ, РУКОВОДЯЩИЕ И СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2.1. Общая характеристика нормативных документов
При проектировании тепловых сетей и тепловых пунктов необходимо руководствоваться нормативными документами, содержащими требования либо вообще к проектной документации, либо специально к этой документации по тепловым сетям и тепловым пунктам, а также смежным с ними звеньям системы централизованного теплоснабжения — теплоисточникам и системам теплоиспользования.
Перечень нормативных документов в области строительства и проектирования приведен в [1] по состоянию на 1 января 1986 г. Перечни издаются периодически (обычно раз в год). В них содержатся сведения о том, кем и когда утверждены соответствующие документы, а также внесенные в них изменения и дополнения. Тексты этих изменений публикуются в «Бюллетене строительной техники» (БСТ), выходящем ежемесячно. Ежегодно выходят сборники измене
ний и дополнений к нормативным документам, внесенных за истекший год.
Основными нормативными документами по строительству являются «Строительные нормы и правила» (СНиП). Все нормативные документы в соответствии со СНиП 1.01.01-82* [2] подразделяются на три вида: общесоюзные, республиканские и ведомственные.
Общесоюзные нормативные документы обязательны для выполнения всеми министерствами и ведомствами, а также организациями, учреждениями и предприятиями независимо от их ведомственной подчиненности. К ним относятся общесоюзные строительные нормы и правила (СНиП), утверждаемые Госстроем СССР.
Наряду с ними могут разрабатываться республиканские строительные нормы (РСН), учитывающие специфические условия данной союзной республики и обязательные для всех организаций, учреждений и предприятий независимо от их ведомственной подчиненности, осуществляющих проектирование или
7
строительство объектов, размещаемых на территории данной республики. Нормы утверждаются Госстроями или другими республиканскими организациями союзных республик.
Ведомственные (отраслевые) строительные нормы (ВСН), учитывающие специфические условия отрасли народного хозяйства, руководимой данным министерством (ведомством) СССР, утверждаются этим министерством (ведомством) по согласованию с Госстроем СССР. Нормы обязательны для всех организаций, учреждений и предприятий министерства (ведомства), утвердившего эти документы, а также других министерств, осуществляющих проектирование или строительство предприятий, зданий и сооружений в соответствующей отрасли народного хозяйства.
Расположение глав СНиП в списке литературы принято в соответствии с классификатором н перечнем нормативных документов [1, 2]. В частности, в список включены восемь глав группы 01 второй части СНиП, посвященной общим нормам проектирования [6—13].
Наиболее существенными среди них являются главы СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» [6], содержащая сведения о температурах наружного воздуха для многих населенных пунктов СССР, необходимые для определения расчетных и годовых расходов теплоты системами отопления и вентиляции (см. при-лож. 1), а также СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника» [8], содержащая методику определения тепловых потерь зданий с необходимыми справочными данными, в частности теплотехническими показателями строительных и теплоизоляционных материалов и конструкций (см. гл. 5 и 17).
В список включены также две главы из группы 02 второй части СНиП «Основания и фундаменты» [14, 15] и четыре главы из группы 04 этой части «Инженерное оборудование зданий и сооружений. Внешние сети», в том числе две. относящиеся к системам теплоиспользования: СНиП П-33-75* «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» [20] и СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий» [19], и одна, относящаяся к источникам теплоснабжения, СНиП 11-35-76 «Котельные установки» [21]. В эту же группу включена посвященная специально проектированию тепловых сетей глава СНиП П-36-73 «Тепловые сети. Нормы проектирования». В текст дважды вносились изменения и дополнения, вместе с которыми он был переиздан под шифром П-Г. 10-73* (11-36-73*) в 1985 г.
8
При этом добавлен новый раздел 16 «Тепловые пункты».
В настоящее время текст главы СНиП «Тепловые сети» переработан, утвержден и введен в действие с 1 января 1988 г., под шифром 2.04.07-86 [22].
Помимо строительных норм и правил (СНиП) к общесоюзным нормативным документам, утверждаемым Госстроем СССР, относятся также многочисленные документы под общим названием «Строительные нормы», обозначаемые шифром СН с добавлением порядкового номера в виде двух или трех цифр, после которых приведены две цифры, соответствующие, как и в СНиП, двум последним цифрам года утверждения норм. Так же как и в случае СНиП, переиздание СН с изменениями и дополнениями оформляется знаком * у последней цифры, а при значительной переработке и повторном утверждении эти цифры заменяются новыми, соответствующими году утверждения.
Строительные нормы (СН) обычно издаются под названием инструкций, а в отдельных случаях — указаний или норм (нормативов). Их содержание охватывает отдельные группы вопросов строительного проектирования или производства работ, а также изготовления строительных конструкций, изделий, материалов и т. п.
В перечне [1] классификация СН, как и других нормативных документов, принята в соответствии с классификатором для СНиП [2]. Однако поскольку в отличие от СНиП в шифр СН не входят номера частей и групп по этому классификатору, а по их названию иногда трудно установить, к какой части и группе они относятся, в списке литературы отдельные СН расположены в соответствии с их порядковыми номерами. Кроме того, из большого количества СН, действующих на 1 января 1986 г. (около 140), в список включены только 13 [49 — 61], имеющих непосредственное отношение к проектированию тепловых сетей и тепловых пунктов или к предпроектной проработке схем теплоснабжения.
При проектировании должны учитываться решения, принятые в других предварительно разрабатываемых и утверждаемых документах, а именно в схемах и проектах районной планировки, проектах планировки и застройки городов и поселков, выполняемых в соответствии с инструкцией Гос-гражданстроя ВСН 38-82 [63], а также в схемах генеральных планов групп предприятий с общими объектами (промышленных узлов), выполняемых в соответствии с инструкцией СН 387-78 [55].
Проектирование предприятий, зданий и сооружений, строительство которых будет осуществляться по типовым или повторно применяемым проектам, а также проектирование несложных объектов по нормам осуществляется в одну стадию — рабочий проект со сводным сметным расчетом стоимости. К категории несложных следует относить проекты тепловых пунктов и, как правило, распределительных тепловых сетей. Для крупных и сложных объектов предусматривается проектирование в две стадии — проект со сводным сметным расчетом и рабочая документация со сметами. К этой категории объектов относятся магистральные тепловые сети.
Основным предпроектным документом для последующего проектирования источников централизованного теплоснабжения, а также тепловых сетей от них является схема теплоснабжения соответствующего населенного пункта. Содержание, а также порядок разработки и утверждения таких схем регламентируются двумя нормативными документами. Первым из них является утвержденное совместным постановлением Госплана СССР и Госстроя СССР от 22 мая 1974 г. № 71/107 «Положение о порядке разработки, рассмотрения и утверждения схем теплоснабжения».
В Положении указано, что схема теплоснабжения является предпроектным документом, обосновывающим экономическую целесообразность и хозяйственную необходимость проектирования и строительства новых, а также расширения и реконструкции действующих источников теплоснабжения и тепловых сетей для обеспечения тепловой энергией городов и других населенных пунктов, групп предприятий с общими объектами и отдельных крупных промышленных предприятий или сельскохозяйственных комплексов. В Положении оговорено, что схемы теплоснабжения выполняются только для объектов с расчетной тепловой нагрузкой не менее 116 МВт (100 Гкал/ч). Эти схемы разрабатываются на расчетный срок 10—15 лет, увязанный со сроками, принятыми в генеральных планах соответствующих населенных пунктов; должна быть выделена первая очередь строительства на срок 5 — 7 лет.
Опыт разработки схем теплоснабжения показал, что ограничение нижнего предела расчетных тепловых нагрузок 116 МВт исключает возможность такой разработки для малых и даже для некоторых средних городов с населением 50—100 тыс. чел. и слабо развитой промышленностью. Между тем в целом по стране в таких городах, а также в поселках городского типа сосредоточена
значительная доля всего городского населения и суммарного теплопотребления страны. В связи с этим разработана и утверждена Госстроем СССР 29 декабря 1980 г. как дополнение к Положению «Инструкция о составе, порядке разработки и утверждения схем теплоснабжения населенных пунктов с суммарной тепловой нагрузкой до 116 МВт (100 Гкал/ч)» (СН 531-80) [60].
При проектировании тепловых сетей и тепловых пунктов необходимо пользоваться «Перечнем единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве» (СН 528-80) [59].
В соответствии с этим перечнем с 1 июля 1981 г. во всей нормативной, технической н проектной документации по строительству, а также в научно-технической, учебной и справочной литературе должны применяться только единицы физических величин, соответствующие международной системе этих единиц (СИ). Ранее при проектировании, в частности тепловых сетей, применялась система единиц, называемая системой МКС (метр, килограмм, секунда). В этой системе наряду с общей единицей количеств работы и энергии — джоулем (Дж) применялась особая единица для количества тепловой энергии - калория.
После введения системы СИ эта единица исключена, а для тепловой энергии, как и для других ее видов, применяется общая единица — джоуль и соответственно для тепловой мощности (теплопроизводительности, расхода теплоты) общая для всех видов энергии единица — ватт (Вт) (вместо кал/ч или ккал/ч).
СНиП 1.01.01-82* [2] предусмотрена группа нормативных документов, разрабатываемых органами государственного надзора, а также отдельными министерствами (ведомствами) и общественными организациями в области охраны труда и имеющих отношение к проектированию, изысканиям и строительству. В частности, при проектировании тепловых сетей и тепловых пунктов необходимо учитывать требования правил Госгортехнадзора СССР по устройству и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды [71], а также сосудов, работающих под давлением [72]. Эти правила обязательны для всех министерств и ведомств, как и другие нормативные документы, согласованные с Госстроем СССР.
Ряд инструкций, регламентирующих эксплуатацию тепловых сетей и присоединенных к ним систем теплоиспользования, разработан Минэнерго СССР [73- 78], а в части тепловых пунктов — Минжилкомхо-зом РСФСР [79]. Эти инструкции не подле
9
жат согласованию с Госстроем СССР, но их рекомендации следует учитывать при проектировании тепловых сетей и тепловых пунктов. То же относится и к утвержденным Минздравом СССР в 1980 г. «Санитарным правилам проектирования и эксплуатации систем централизованного горячего водоснабжения» [80].
В отдельных случаях при проектировании тепловых сетей необходимо пользоваться республиканскими (РСН) или ведомственными (ВСН) строительными нормами. Из них в списке литературы приведены только разработанные Минмонтажспецстроем СССР и согласованные с Госстроем СССР нормы тепловых потерь изолированными поверхностями оборудования и трубопроводов [64] и аналогичные нормы для бесканальной прокладки тепловых сетей [65]. Эти нормы тепловых потерь в настоящее время перерабатываются; аналогичные нормы составляются для канальной прокладки тепловых сетей.
Наряду со строительными нормами (СНиП и СН) в СНиП 1.01.01-82* [2] выделены как отдельная группа нормативных документов «Общесоюзные или ведомственные нормы технологического проектирования». Имеется инструкция о порядке разработки и утверждения таких норм (СН 470-75*) [57] соответствующими министерствами (ведомствами) по согласованию с Госстроем СССР и ГКНТ СССР. Из таких норм, действующих в настоящее время, могут быть использованы при проектировании тепловых сетей «Нормы технологического проектирования тепловых электрических станций», утвержденные Минэнерго СССР 8 октября 1981 г. (ВНТП-81) [67].
Наряду с нормативными документами при проектировании необходимо учитывать данные и указания, содержащиеся в системе государственных (ГОСТ), республиканских (РСТ) или отраслевых (ОСТ) стандартов, стандартов Совета Экономической Взаимопомощи (СТ СЭВ).
2.2. Общая характеристика руководящих и справочных материалов
СНиП 1.01.01-82 указано, что к нормативным документам могут выпускаться вспомогательные материалы, называемые пособиями. В приложении к СНиП оговорено, что пособия, не являющиеся нормативными документами, имеют целью детализацию отдельных положений этих документов с включением примеров и алгоритмов расчетов, текстовых, табличных и графических
данных, а также других вспомогательных и справочных материалов, необходимых для проектирования. Такие пособия должны разрабатываться и утверждаться научно-исследовательскими или проектными организациями, ведущими разработку соответствующих нормативных документов. Эти организации несут ответственность за правильность включенных в пособия данных, их техническую и экономическую обоснованность и последствия их применения.
Несколько иное содержание имеют справочники. издаваемые Стройиздатом в виде серии под общим заглавием «Справочник проектировщика». Выпуски этой серии посвящены различным видам основных и специальных строительных работ.
В список литературы данного справочного пособия включены только те руководящие и справочные материалы, которые имеют прямое отношение к разработке схем теплоснабжения или к проектированию тепловых сетей и тепловых пунктов. В частности, при составлении схем теплоснабжения целесообразно использование руководящих материалов, развивающих и дополняющих указания СНиП П-60-75** «Планировка и застройка городов, поселков и сельских населенных пунктов» [27], а также близких к ним по содержанию ВСН 38-82 [63], СН 387-78 [55] и др. В эту группу входят прежде всего разработанные ЦНИИП градостроительства Госгражданстроя руководства по проектированию городских улиц и дорог [82], новых городов [8.3], малых городов [84]; по составлению схем использования подземного пространства крупных и крупнейших городов [85] и схем перспективного развития инженерного оборудования в генпланах малых и средних городов [86]. Сюда же следует отнести разработанное ЦНИИпромзданий Госстроя СССР руководство по проектированию промышленно-коммунальных зон в городах [87].
В другую группу можно включить руководящие материалы, относящиеся к отдельным видам расчетов, встречающихся при проектировании тепловых сетей, в частности их строительных конструкций при надземной [88] или подземной прокладке [89 — 91]. При выполнении технико-экономических расчетов следует пользоваться руководящими указаниями [92] и инструкцией [93] по таким расчетам в энергетике, а также руководством по технико-экономическим расчетам в строительной теплотехнике [94]. К разделу 16 СНиП П-36-73* «Тепловые сети» разработано руководство по проектированию тепловых пунктов [95]. Дополнительные сведения по правилам технической эксплуатации
10
электрических станций и тепловых сетей содержатся в пособии [96].
В отношении справочных материалов следует прежде всего отметить, что значительная часть этих материалов включена в строительные нормы и правила (СНиП) и строительные нормы (СН), а также в руководящие материалы. Значения климатических параметров для многих населенных пунктов СССР приведены в СНиП 2.01.01-82 [6]. Наиболее полным в этой части является «Справочник по климату СССР», изданный Главным Управлением Гидрометеослужбы при Совете Министров СССР в виде отдельных выпусков, каждый из которых охватывает район, обычно из нескольких смежных областей, или отдельную союзную республику. Всего издано 34 таких выпуска [99]. Во второй части каждого выпуска приведены детальные данные по температурам воздуха на основе сведений по всем метеорологическим станциям района, причем количество таких станций составляет обычно от 10 до 50 на каждую область. Данные, приведенные в [6], являются выборкой из этих сведений применительно к наиболее характерным населенным пунктам каждого района (всего 685 пунктов по территории СССР).
Справочным пособием, освещающим вопросы проектирования тепловых сетей, является «Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей» [100]. Справочник может в известной мере рассматриваться как пособие к СНиП П-7.10-62, но не к СНиП П-36-73, появившимся значительно позже в результате существенной переработки пре
жней редакции норм. За последние 10 лет текст СНиП 11-36-73 подвергался существенным изменениям и дополнениям.
Теплоизоляционные материалы, изделия и конструкции, а также методика их тепловых расчетов вместе с указаниями по выполнению н приемке изоляционных работ подробно описаны в «Справочнике строителя» [ЮЗ]. Аналогичные данные по теплоизоляционным конструкциям включены в СН 542-81 [61].
Справочные материалы по гидравлическим расчетам, а также по оборудованию и автоматическим регуляторам для тепловых сетей, тепловых пунктов и систем теплоиспользования содержатся в «Справочнике по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей» [105]. В качестве источника справочных материалов по вопросам проектирования могут быть использованы книги из серии справочников «Теплоэнергетика и теплотехника». В первой книге «Общие вопросы» [107] приведены правила оформления чертежей и схем, а также данные о термодинамических свойствах воды и водяного пара, более подробные данные приведены в [106]. Во вторую книгу серии «Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент» [108] включены данные по теплопроводности и вязкости воды и водяного пара, а также по плотности, теплопроводности и теплоемкости некоторых строительных и изоляционных материалов. В четвертой книге «Промышленная теплоэнергетика н теплотехника» [109] имеется раздел, посвященный теплофикации и тепловым сетям.
Раздел второй
ЭЛЕМЕНТЫ И КОНСТРУКЦИИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Глава третья
ТРУБЫ И ДЕТАЛИ ТРУБОПРОВОДОВ
3.1. Общая часть
Водяные тепловые сети, по которым транспортируется вода с температурой выше 115 °C, монтируются, испытываются и эксплуатируются в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды» Госгортехнадзора СССР [71]. Указанные правила не распространяются на трубопроводы с наружным диаметром менее 76 мм.
Этими правилами, а также требованиями
СНиП [22] регламентируются материалы для трубопроводов и арматуры тепловых сетей.
Определение категории трубопроводов по [71], выбор труб, арматуры, оборудования и деталей трубопроводов, а также расчет трубопроводов на прочность и определение нагрузок на опоры труб и строительные конструкции должны производиться по рабочим параметрам (давлению и температуре) теплоносителя. Рабочее давление для подающего и обратного трубопроводов водяных
11
Таблица 3.1. Соединение трубопроводов и арматуры. Проходы условные Z>y, мм (выписка из стандарта СТ СЭВ 254-76)
10 65 350
12* 80 400
13* 100 450*
15 125 500
16** 150 600
20 160** 700*
25 175* 800
32 200 900*
40 225* 1000
50 250 1200
63** 300 1400
Примечания: 1. Условные проходы для арматуры общего назначения, обозначенные*, применять не допускается.
2. Условные проходы, обозначенные**, допускается применять только для гидравлических и пневматических устройств.
тепловых сетей принимается равным наибольшему давлению в подающем трубопроводе при работе сетевых насосов с учетом рельефа местности (без учета потерь давления), но не менее 1,0 МПа, а для тепловых сетей от источников теплоты с расчетной
тепловой мощностью 1000 МВт и более — не менее 1,7 МПа для труб Dy > 500 мм. Рабочая температура принимается равной температуре воды в подающем трубопроводе при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления.
Рабочее давление для подающего и циркуляционного трубопроводов сетей горячего водоснабжения принимают по наибольшему давлению в подающем трубопроводе при работе насосов с учетом рельефа местности, а рабочую температуру - равной 75 °C.
Рабочие давление и температура теплоносителя принимаются одинаковыми для всего трубопровода независимо от его протяженности до установок, меняющих параметры теплоносителя — водонагревательные и насосные установки, регуляторы давления и температуры и др.
В табл. 3.1 приведена выписка из СТ СЭВ 254-76 на проходы условные, служащие основой для разработки параметрических рядов соединений трубопроводов и арматуры. Под условным проходом понимается номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода в миллиметрах.
В табл. 3.2 приведена выписка из ГОСТ
Таблица 3.2. Арматура и детали трубопроводов. Давления условные, пробные и рабочие. Ряды (выписка из ГОСТ 356-80 (СТ СЭВ 253-76)
Условное давление /?ц, МПа Пробное давление р||р. МПа Материал арматуры и деталей трубопроводов
Сталь углеродистая марок СтЗ (по ГОСТ 380-71), 10, 20, 25 (по ГОСТ 1050-74); 20Л, 25Л (по ГОСТ 977-75); сталь марганцовистая и кремнемарганцовистая марок 15ГС*, 20ГСЛ *, 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 09Г2С, 10Г2С1 (по ГОСТ 19282-73) Бронза (по ГОСТ 613-79 и ГОСТ 18175-78); латунь (по ГОСТ 17711-72 и ГОСТ 15527-70) Серый чугун марок СЧ 18-36, СЧ 21-40 (по ГОСТ 1412-79); высокопрочный чугун ВЧ 42-12 (по ГОСТ 7293-79); ковкий чугун КЧ 30-6 (по ГОСТ 1215-79)
Наибольшая температура среды, °C
200 | 120 Рабочее давлени 200 Рр, МПа 120 200
0,10 0,16 0,25 0,40 0,63 1,00 1,60 2,50** 4,00** 6,30 10,00 0,20 0,25 0,40 0,60 0,90 1,50 2,40 3,80 6,00 9,50 15,00 0,10 0,16 0,25 0,40 0,60 1,00 1,60 2,50 4,00 6,30 10,00 0,10 0,16 0,25 0,40 0,63 1,00 1,60 2,50 4,00 6,30 10,00 0,10 0,13 0,20 0,32 0,50 0,80 1,30 2,00 3,20 0,10 0,16 0,25 0,40 0,63 1,00 1,60 2,50 4,00 0,10 0,15 0,23 0,36 0,60 0,90 1.50 2,30 3,60
Примечания: 1. Марки стали, обозначенные*, следует принимать по нормативной техни-
ческой документации.
2. Условные давления, обозначенные**, следует принимать только для арматуры и деталей трубопроводов, изготовленных из чугуна ВЧ 42-12 и КЧ 30-6.
3. Допускается применять стали других марок с механическими свойствами и характеристиками прочности, обеспечивающими эксплуатацию арматуры и деталей трубопроводов в пределах давлений и температур, указанных в таблице.
12
356-80 на ряды условных, пробных и рабочих давлений (избыточных) для арматуры и деталей трубопроводов (тройники, отводы, переходы, фланцы и др.). Стандарт не распространяется на трубопроводы в собранном виде.
Условное давление (р[) — наибольшее давление при температуре среды 20'С, при котором допустима длительная работа арматуры и деталей трубопроводов.
Пробное давление (р ) — давление, при котором должно проводиться гидравлическое испытание арматуры и деталей трубопроводов на прочность и плотность водой при температуре не менее 5 °C и не более 70°C, если в нормативно-технической документации не указано конкретное значение этой температуры. Предельное отклонение пробного давления от заданного значения не должно превышать + 5%.
Рабочее давление (рр) — наибольшее давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации арматуры и деталей трубопроводов при данной рабочей температуре.
Рабочее давление равно условному при температуре теплоносителя до 200 °C для стальной арматуры и деталей трубопроводов и при температуре теплоносителя до 120°C для бронзовой, латунной и чугунной арматуры.
3.2. Трубы
Материалы для трубопроводов тепловых сетей, а также требования к трубам и материалам по видам и объему контроля должны соответствовать «Правилам устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды» Госгортехнадзора СССР [71].
Для тепловых сетей преимущественно применяют стальные прямошовные или спиральношовные электросварные трубы, при этом спиральношовные трубы допускается применять только для прямых участков трубопроводов. Бесшовные трубы допускается применять для трубопроводов с параметрами теплоносителей, для которых в соответствии с [71] применение сварных труб не разрешается, а также при отсутствии электросварных труб необходимого качества, например в северных районах строительства.
Для трубопроводов тепловых сетей, сооружаемых в районах строительства с расчетной температурой наружного воздуха до -40°C, должны применяться, как правило, трубы из углеродистых сталей, а для районов с расчетной температурой ниже -40°C—из низколегированных сталей.
Применение труб из низколегированных сталей для районов строительства с расчет
ной температурой наружного воздуха до — 40 “С допускается при отсутствии выпуска промышленностью труб с необходимыми качествами из углеродистой стали.
Трубы, изготовленные из кипящих сталей, независимо от параметров теплоносителя и районов строительства применять не допускается.
Ниже приводятся основные требования, предъявляемые к сварным трубам Оу > >500 мм. Трубы должны быть подвергнуты 100%-ному контролю качества сварных соединений неразрушающими методами. Трубы должны иметь двухсторонний сварной шов. Спиральношовные трубы должны иметь смещение кромок сварных швов не более 15% Сварные соединения труб должны выдержать испытания на загиб (угол загиба должен быть для труб из углеродистой стали — не менее 100°, а из низколегированной — ие менее 80°). Трубы должны быть термообработанными, должны иметь нормированные механические свойства и химический состав металла. Предел текучести основного металла труб должен составлять не более 70% предела прочности. Трубы должны выдержать испытание гидравлическим давлением. Трубы с толщиной стенки 6 мм и более должны иметь гарантированную ударную вязкость:
для расчетной температуры наружного воздуха в районе строительства до -20 °C прн температуре испытания —20 °C — не менее 29.4 Дж/см2;
для расчетной температуры от —20°C до —40 °C —при температуре испытания — 40 С и после механического старения — не менее 29,4 Дж/см2;
для расчетной температуры наружного воздуха ниже -40 °C при температуре испытания — 40'С и после механического старения — не менее 39 Дж/см2 или при температуре испытания -60 °C — не менее 29.4 Дж/см2.
Ударная вязкость сварного шва должна быть не ниже ударной вязкости основного металла. Трубы при толщине стенки 3 мм и более должны поставляться со скошенными кромками.
В том случае, когда ТУ или ГОСТ на трубы (при толщине стенки 6 мм и более) не гарантируется ударная вязкость при температуре, соответствующей расчетной температуре наружного воздуха, в районе строительства необходимо обеспечить транспортировку, хранение и монтаж труб при температуре не ниже —20 °C для труб из углеродистой стали и не ниже —40 °C для труб из низколегированной стали.
Бесшовные трубы должны изготавли-
13
Таблица 3.3. Трубы стальные для водяных тепловых сетей
Наименование труб ГОСТ или ТУ Марка стали и ГОСТ или ТУ на сталь Условный проход труб Dy, мм Предельные параметры применения
Условное давление Ру, МПа Температура воды /, °C Расчетная температура наружного воздуха, °C
Электросварные прямошовные термообработанные группы В2 ГОСТ 10705-80 ГОСТ 10704-76 10,20 ГОСТ 1050-74** ВстЗсп5 ГОСТ 380-71* 400 1,6 200 -40
Электросварные прямошовные термообработанные2 ТУ 14-3-377-75 10,20 ГОСТ 1050-74** ВстЗсп5 ГОСТ 380-71* 200-400 1,6 200 -40
Бесшовные холоднодеформированные группы В, термически обработанные с испытаниями по п. п. 1.8 и 1.10 ГОСТ 8713-74* ГОСТ 8733-74* ГОСТ 8734-75 10,20 ГОСТ 1050-74** 15-40 2,5 200 -40
Бесшовные горячедеформированные ТУ 14-3-190-82 10,20 ГОСТ 1050-74** 50-400 2,5 200 -40
Бесшовные термообработанные группы Б, горячедеформированные с испытанием по п. 2.7 ГОСТ 550-75* ГОСТ 550-75 10,20 ГОСТ 1050-74** 25-300 2,5 200 -40
10Г2 ГОСТ 4543-71**
Бесшовные горячедеформированные ТУ 14-3-1128-82 09Г2С ГОСТ 19282-73 50 - 400 2,5 200 -60
Водогазопроводные оцинкованные высшего качества ГОСТ 3262-75* 10 ГОСТ 1050-74** ВстЗсп5 ГОСТ 380-71* 25-150 1,6 75 -40
Электросварные спиральношовные термически упрочненные ТУ 14-3-954-80 ВстЗсп5 ТУ 14-1-1451-75 и ГОСТ 350-71* 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1400 2,5 200 -40
Электросварные спиральношовные ТУ 14-3-808-78 20 ТУ 14-3-808-78 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400 2,5 200 -40
Электросварные прямошовные ТУ 14-3-1138-82 17Г1С-У ТУ 14-3-1138-82 1000, 1200 2,5 200 -50
Электросварные термообработанные прямошовные3 ГОСТ 20295-85 17ГС, 17Г1С ГОСТ 19282-73 500, 600’, 700, 800 2,5 200 -50
1 Трубы промышленностью не освоены. 2 С испытаниями на загиб.
’ Тип 3 или спиральношовные; тип 2 с испытанием сварного шва на загиб.
Примечание. Предельные расчетные температуры наружного воздуха приняты из условия, что трубопроводы принимают температуру окружающей среды при отсутствии в них давления.
ваться из катаной, кованой или центробежнолитой заготовок.
Для трубопроводов тепловых сетей могут применяться трубы, приведенные в табл. 3.3.
Помимо труб, приведенных в табл. 3.3, для тепловых сетей могут применяться также трубы, поставляемые по другим ГОСТ и ТУ при условии, что по видам и объему контроля они удовлетворяют требованиям [71].
По мере освоения промышленностью могут также применяться трубы стальные электросварные спиральношовные диаметрами 530, 630, 720 и 820 мм с винтовыми гофрами по ТУ 14-3-1237-83, утвержденным Минчерметом СССР и согласованным с Минэнерго СССР. Трубы изготовляются из рулонной горячекатаной углеродистой стали ВстЗсп5 (по ГОСТ 380-71*) и из низколегированной стали 17Г1СУ (по ГОСТ 19282-73).
Для тепловых сетей горячего водоснабжения после ГТП в закрытых системах
Таблица 3.4. Трубы стальные электросварные прямошовные для прямых участков трубопроводов. Сортамент — по ГОСТ 10704-76*.
Технические условия — по ГОСТ 10705-80 гр. В.
Параметры воды: ру < 1,6 МПа, t < 200 °C. Материал: сталь 20 (по ГОСТ 1050-74*)
Условный проход труб Dy, мм Наружный диаметр труб DH, мм ез 5 X S 1 |cq О н 3 Н о ю Масса 1 м трубы, кг Условия поставки
15 18 2 0,789 Трубы тер-
20 25 2 1,13 мообрабо-
25 32 2 1,48 тайные
32 38 2 1,78 гр. В ГОСТ
40 45 2 2,12 10705-80,
50 57 3 4,00 п. п. 2.4,
65 76 3 5,40 2.16 (для
80 89 3 6,36 всех диа-
100 108 3,5 9,02 метров
125 133 3,5 11,18 труб)
150 159 4,5 17,15
200 219 6(5) 31,52(26,39)
250 273 6(5) 39,51(33,05)
300 325 6 47,20
350 377 6 54,90
400 426 7(6) 72,33(62,15)
Примечания: 1. Допускается применение труб из стали марки 10 по ГОСТ 1050-74*.
2. Трубы Dy 40, 125, 350 мм промышленностью не выпускаются.
3. По мере освоения промышленностью должны применяться трубы с толщинами стенок, указанными в скобках.
Таблица 3.5. Трубы стальные бесшовные для прямых участков трубопроводов. Сортамент — по ГОСТ 8732-78 Технические условия — по ТУ 14-3-190-82 для труб Dy 50 4- 400 мм Сортамент — по ГОСТ 8734-75 Технические условия — по ГОСТ 8733-74* гр. В для труб Dy 15 4- 40 мм Параметры воды: ру < 2,5 МПа, t < 200 °C. Материал: сталь 20 по ГОСТ 1050-74*
Условный проход труб Dy, мм Наружный диаметр труб DH, мм Bs я н J X S X "5 3 о £ 3 Н иЮ Масса 1 м трубы, кг Условия поставки
15 18 2 0,79 ГОСТ
20 25 2 1,13 8733-74*
25 32 2 1,48 гр. В
32 38 2 1,78
40 45 2,5 2,62
50 57 3 4,00 ТУ
65 76 3 5,40 14-3-190-82
80 89 3,5 7,38
100 108 4 10,26
125 133 4 12,73
150 159 5 18,99
200 219 7(6) 36,6(31,52)
250 273 8(7) 52,28(45,92)
300 325 8 62,54
350 377 9 81,68
400 426 9 92,56
Примечания: 1. Для труб DH < 38 мм рекомендуется применять трубы с толщиной стенки 2,5 мм.
2. Допускается для прямых участков применять трубы DH 57 -г 426 мм по ГОСТ 8731-74* гр. В (сортамент — по ГОСТ 8732-78) из стали марки 20 по ГОСТ 1050-74* при условии определения предела текучести (оу > 250 МПа), проведения испытаний на загиб (а > 90°) и ударную вязкость (ан > 29,4 Дж/см2) в объеме 10% труб от каждой партии и с гарантией гидроиспытания.
3. В скобках указаны толщины стенок труб при условии поставки их промышленностью.
теплоснабжения должны применяться оцинкованные водогазопроводные по ГОСТ 3262-75* или эмалированные стальные трубы. В открытых системах теплоснабжения после ГТП для сетей горячего водоснабжения применяются неоцинкованные трубы.
Для бесканальной прокладки водяных тепловых сетей с температурой воды до 115 °C и рабочим давлением до 1,2 МПа в сельской местности допускается применение асбестоцементных труб условным проходом Dy 100, 150, 200, 250 и 300 мм в соответствии с ВСН 2-79 Минсельстроя СССР.
Асбестоцементные трубы, применяемые для строительства трубопроводов, должны соответствовать ГОСТ 539-73 «Трубы и
15
. . ... пр«мвп »4HI IhllB 1|1|П|>||ННЙН IIIH
|фЯМ1Н1й»виы» нн IV 14 I II IN Ml я h" I (>( I ЛН95 ЦЧ н tunpu uiuiiiuituuif ihi I I 14 » NON ZN
Г' м U и h L У &'Р X ё 1 l.||IHMl 1 /> *. 1 fl Mill) i ч 20(1 1 |*Ы НИ|Ы /». < ‘ М Нн Ми । ерик и Vс юинк нос(инки
1 « ’ lol пиши 1 ICIIKII 1 руоы .S. мм (0 < Мисси KI /м
1 О 1 Hiiiini С ICIIKII 1 ру бы Л, мм Мисси. KI /м
МИ) 530 X 102,99 8 102,99 17ГС, I7IC ГОС1 19282-73 ГОСТ 20295-85 1ермообрабо тайные
600 630 К 122,72 12 182,89 Ci аль 20 ТУ 14-3-808-78 ТУ 14-3-808-78
/00 720 9 157,81 9 157,81 17ГС, 17Г1С ГОСТ 19282-73 ГОСТ 20295-85 термообработанные
моо К 20 9 180,0 11 219,46 17ГС, 17Г1С ГОСТ 19282-73 ГОСТ 20295-85 термообработанные
900 920 10* 224.4 - - Сталь 20 ТУ 14-3-808-78 ТУ 14-3-808-78
1(И)0 1020 10 249,1 14 347,3 17Г1С-У ТУ 14-3-1138-82 ТУ 14-3-1138-82
1200 1220 II 328,0 14 416,4 17Г1С-У ТУ 14-3-1138-82 ТУ 14-3-1138-82
1400 1420 14 485,4 - - Сталь 20 ТУ 14-3-808-78 ТУ 14-3-808-78
• Промышленностью не освоены.
Примечание. Трубы по ГОСТ 20295-85 применять при условии проведения испытания на 1И1й6 (к -*80°) в объеме 10% труб от каждой плавки
In 6 лиц и 3.7. Трубы стальные электросварные спиральношовные для прямых участков трубопроводов диаметром от 530 до 1420 мм по ТУ 14-3-954-80.
Материал: ВстЗсп5 (ГОСТ 380-71 *)
Условный проход труб Dy. MW ’ J Наружный диаметр труб DB, мм Параметры воды
pv < 1,6 МПа t < 150 °C ру < 1,6 МПа 1 < 200 °C Ру < 2.5 МПа /< 150 °C ру < 2,5 МПа ! < 200 °C
Толщина стенки трубы S, мм Масса, кг/м Толщина стенки трубы S, мм Масса, кг/м Толщина стенки трубы S, мм Масса, кг/м Толщина стенки трубы S, мм Масса, кг/м
500 530 6 78,69 6 78,69 8 104,5 9 117,4
6(Ю 630 7 109,1 7 109,1 — — — —
700 720 8 142,6 8 142,6 11 195,2 11 195,2
800 820 8 162,6 9 182,7 12 242,7 12 242,7
НИИ) 1020 10 252,8 10 252.8 — — — —
1200 1220 12 362,9 12 362,9 — — — —
1400 1420 13 457,9 14 492,7 — — — —
Примечание. Масса труб вычислена с учетом усилений швов при плотности стали
F8MI ki/m'.
16
’ll V ф I I I >н НГ< . л.. II III .|>нм> Ictllll
'll I hili \< III III Illi" и 'III ir()i I II \ и null' I l\ I 11 ill hum 11»У i >< 1111 >•»I и» uni i 11,11 > u' 111 x i util'll'
iiiii'M in (),') Mila 111 »n Me 11 u и 111 и ipytu.i III -9. .i ,io 1,2 Mild ipyGi.i llll.‘ < oc iniicunc i руб upon толи 1ся асбес i ohcmcii i Ш.1МИ муф-ымп CAM-9, CAM-12 (по 1ОСГ 539-73). I срмсикания муфтовых соединений осу-щсс1вляс1ся с помощью уплотнительных копен hi 1енлосгойкой резины ИРП-1220 по форме п ра {мерам, отвечающим требованиям ГОСТ 5228-76. Соединение асбестоце-мешных 1 руб со стальными отводами и патрубками осуществляется асбестоцементными самоуплотняющимися муфтами с уплотнительными кольцами из теплостойкой резины. Диаметр стальных патрубков должен соответствовать диаме1рам асбестоце-мешных труб.
Толщины стенок труб для тепловых се-1СЙ определяются расчетом на прочность в зависимости от принятых параметров теплоносителя, типа труб и марок стали. Возможность поставки труб необходимого каче-счва и типоразмеров должна проверяться по товарному сортаменту труб, выпускаемых промышленностью. Следует принимать ближайшую большую толщину стенки трубы по сравнению с полученной по расчету.
Ввиду отсутствия в настоящее время специального сортамента труб для тепловых сетей в табл. 3.4 —3.6 приведен сортамент труб для изготовления трубопроводов на р б < 2,2 МПа для тепловых глектростан-ций, утвержденный протоколом Минэнерго СССР.
В табл. 3.7 приведены толщины стенок шектросварных спиральношовных труб по ТУ 14-3-954-80 «Трубы стальные электросварные спиральношовные диаметром от 530 до 1420 мм для трубопроводов тепловых и атомных электростанций и тепловых се-1ей». Толщины в табл. 3.7 получены расче-юм на прочность и соответствуют толщинам стенок труб по указанным ТУ. Возможность их поставки должна согласовываться с заводом-изготовителем.
В табл. 3.8 приведена характеристика оцинкованных водогазопроводных труб (по ГОСТ 3262-75*), применяемых для сетей горячего водоснабжения. Соединение этих труб должно осуществляться на сварке.
В спецификациях на трубы в проектах Iсиловых сетей кроме параметров теплоно-сшелсй, характеристик труб и марок стали должны oi овариваться дополнительные требования к поставке труб, предусмотренные [71 |, при условии, что эти требования вы-ИОЛПЯ1О1СЯ заводами-и п о।овигелями в cooi-ипс । nun i I OCT H iii I \ nd ip\бы ни uh 'ia
I .i ii i и и i < 8 Ipifild l IH IMlMt- Hu ittl H luHilit nn циник uh tiiiili.H' titt I O( I IlftJ /4 1 (( I ( >|l 107 74) Ht.ii iiit'i it HM'iHiHH
1 и iiiiiiii.i M.i.i i 1 u
Ус ioiiHi.ui 11.11IV * ( 1 ('ll k 1 1|>V 11 । lol lit 1
приход iii.ih iii.i s, MM MV iji 1 1.1 k 1
|руб /\, Meip ipyb llbl.lh i>U|.Ik
мм /Эн, мм iri k иx IIOIU'H 1Г1 hll\ III»IM II
III.IX 111.14
15 21.3 2,5 2.8 1,16 1 .'8
20 26,8 2,5 2.8 1 .SO 1 ,Gh
25 33,5 2.8 3,2 2.12
32 42,3 2.8 3,2 2.73 1,0't
40 48.0 3.0 3,5 3. <3 1 8 1
50 60,0 3,0 3,5 4.22 1 88
65 75,5 3.2 4,0 5,71 / o •<
80 88.5 3,5 4,0 7,3-1 8 I 1
100 1 14,0 4,0 4,5 10,88 1 ' 1
125 140,0 4.0 4,5 1 3,4 1 1 ' и 1
150 165.0 4,0 4,5 15,88 1 81
Примечание В таблице upiiue u n । u ca неоцинкованных ipyo. Оцинкон.111111.11 i|>u.u тяжелее неоцинкованных на 3%
сованию с потребителем, либо ни ipi-iiuiui ния вообще не предусматриваю и я I < >< I или ТУ на трубы и в этом случае они инны риваются в заказной спецификации, по ни ы ДОЛЖНЫ ВЫПОЛНЯТЬСЯ МОНТажНЫМИ opiaiili зациями за счет резерва на непредвиденные работы и затраты.
Если трубы, предусмотренные проемом, изготовлены по специальным техническим условиям для тепловых сетей со всеми неон ХОЛИМЫМИ ПрОЧНОСТНЫМИ СВОЙС1ВаМ11, hah например, спиральношовные трубы но IV 14-3-954-80, то никаких дополнительных ।ре бований в проекте не предусмагршыси н
В табл. 3.9 приведена масса I м ipyn
3.3. Детали трубопроводов
Для тепловых сетей должны пени и. зоваться преимущественно детали и । и менты трубопроводов заводского hiiui...
ния. В табл. 3.10 приведены детали ipyiiu проводов по типовой серии 4.901-1 о ны пуск 1.
Для гибких компенсаторов, уиюн iiuhu ротов и других гнутых элемешов ipynu Проводов ДОЛЖНЫ использоваться hpyiu изогнутые отводы заводскою и и о i он псин с радиусом гиба не менее одшно диамор трубы. Допускается принимаю норма н.п изогнутые отводы с радиусом i иба не мснс 3,5 диаметра трубы
Для трубопроводов водяных I с 11 Hi Hl ы сеюй с рабочим давлением iciiпонос и u in i 2,5 МПа пкцючи icJiiaio noiiyi каю к и i иа|
Таблица 39 Масса 1 м трубы, кг, прн рст = 7850 кг/м3 (по ГОСТ 10704-76 и ГОСТ 8732-78)
Толщина стенки трубы S. мм
р. 2 0 2 <. з,0 3,5 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
" 1.48 1,82 2,15 2,46 2,76
- “ X 1 "8 2,19 2,59 2,98 3,35
- -Iе 2.12 2,62 3,11 3,58 4,04
2 ‘1 3,36 4,00 4,62 5,23
- 3.65 4,53 5,40 6,26 7,10 8,76 10,36
Ж 4,29 5,33 6,36 7,38 8,39 10,36 12,28
Ill 5,23 6,50 7,77 9,02 10,26 12,70 15,09
133 8,05 9,59 11,18 12,72 15,78 18,79
у 159 11,54 13,42 15,29 18,99 22.64 26,24 29,79
-с 194 16,44 18,74 23,30 27,82 32,28 36,70
2 *• 219 18,60 21,21 26,39 31,52 36,60 41,63 46,61
2м1 273 26,54 33,05 39,51 45,92 52,28 58,60
мЮ 325 31,67 39,46 47,20 54,90 62,54 70,14
л 5<i 377 36,80 45,87 54,90 63,87 72,80 81,68 90,51
-U ИЗ 426 41,63 51,91 62,15 72,33 82,47 92,56 102,59
480 58,57 70,14 81,65 93,12 104,54 115,91 127,23 138,50
* И 1 530 90,28 102,99 115,64 128,24 140,79 153,30
1 630 107,55 122,72 137,83 152,90 167,92 182,89
720 123,09 140.5 157,8 175,1 192,3 209,5 243,8
820 140,3 160,2 180,0 199,8 219,5 239,1 278,3
920 157,6 179,9 202,2 224,4 246,6 268,7 312,8
1 СО 199,7 224,4 249,1 273,7 298,3 347,3
» 268,8 298,4 328,0 357,5 416,4 475.0
< н 42< 347,7 382,2 416,7 485,4 554,0
Рис. 3.1. Фланец плоский приварной по ГОСТ 12820-80 с патрубком по чертежам
Рис 3.2. Фланец плоский приварной по чертежам Т106
ui.ie секторные отводы. Штампосварные (ройники и отводы допускаются для тепло-носиюлей всех параметров. Штампосварные и сварные секторные отводы допускается ис-iiirii.ювать при условии проведения 100%-iioio контроля сварных соединений отводов V hi. (ра шуковой дефектоскопией или просвечиванием.
( парные секторные отводы допускается iipiiiinMaib при условии их изготовления । ину i реп ним подваром сварных швов. Ис-ио п. юна I ь детали трубопроводов, в том пи ас к о । воды из электросварных труб со । пираui.iii.iM швом, не допускается.
Пекши радским филиалом института •< ini-pi 1)мон(аж(1роект» разработана документная на ипампосварные отводы из угле-ро на юЙ ciaim марок 20, 20К с углом 90°, . 4S и 30 , диаметром 700, 800, 1000 и I ,'00 мм, радиусом гиба 1,5£)н на условное ши пение 1,6 и 2,5 МПа. Отводы изготов-|ин>н и с параметрами и размерами, приве-iriiiii.iMii па черюжах Л8-452.000 и в ТУ Ы >1.' I 1041 Кб «О1воды штампосварные из yi <||-р|> нк ioh ciami для АЭС и ТЭС».
•I'чапнсиыс соединения применяются для । ос iiiiii’iiiih ।руб с арматурой, арматуры мс* i\ пикш и упаковки измерительных Пшфр.11 м
Дня ф i.iihicbmx сое 1ИНСНИЙ арм.нуры . I р\I >1 )цр<*11< I IIIMII />у I 40 ММ при VI ШИШОМ ЫН I. IIIIII н<> II.। />у - .' S М 11а н < II. Пнф|О< I II 11)1 < |>1 |< . >М< II I \ С I I >1 l.lh III 11.11*. I I I l|i I I lllll I
lip Illi I pill H *<< I t .1 > I H' 1 I < >< I I '1 ' I ’ I 11 ..(I.
io 11. > 11 । i|i iihdi 111r » i i , | и i < \ i ।<>и111 । । . t
Рис. 3.3 Фланцевое соединение трубопроводов ру = 2,5 МПа с арматурой ру = 4,0 и
Ру = 6,4 МПа по чертежам Т108
нием ру = 6,2 МПа для воды с ру < 2,5 МПа и fj$200°C принимаются фланцевые соединения по типовым рабочим чертежам Т108 серии 4.903-10 (выпуск 1).
Для фланцевых соединений арматуры с трубопроводами £>у > 150 мм при параметрах воды ру<2,5 МПа и г^200сС принимаются плоские приварные фланцы (по ГОСТ 1255-67) с патрубком по типовым рабочим чертежам Т105 и плоские приварные фланцы с патрубком по чертежам Т106 (рис. 3.1 и 3.2) или фланцевые соединения по чертежам Т108 (рис. 3.3), Т109.
При применении для фланцевых соеди нений плоских фланцев с патрубками по се рии 4.903-10 необходимо сопоставить юл шины стенок патрубков, заложенных в ‘icpie-жах Т105, Т106, Т108 и Т109 с толщинами стенок труб для трубопроводов. Если юн шины стенок для труб больше принятых inn патрубков, их следует увеличить до толщины стенок труб, принятых в проекте, и прои шести соответствующую корректировку снсни фикаций (пересчитать массу). При подборе ответных фланцев к арматуре необхо шми руководствоваться типом ynnoTHinetii.iioii ПОВерХНОСТИ, ПРИНЯТОЙ В КОНСТРУКЦИИ лрм.1 туры.
При проектировании тепловых ceu-н ш ветные фланцы обычно применяются i vn лотнительными поверхностями (по I < )< I 12815-80) — исполнение 1 — с соединизел1.пы ми выступами, исполнение 2 —с пытупнм и исполнение 3 — с впадиной Испознсчпн-уплотнительной поверхности ука ii.iii.icii н в обо шачепии флаши
Перечень ГОС! на фзаи11i.i арма i у ।>ы <<>< 11111111c111.111ax n.uicil и i рунонроно urn 111 > 11 III- I.-11 II I.ц>1| ' II llrpl 'Il-Ill. I 11111 > I* 1.1 X p.l
'"in. 'ii । > i <• * । li ф i i it 111 >i 111 । m min null >i
| । itiiii и । 11д I |>\ 11f ) иi и i 11 > i I I 1
Таблица 3.10 Детали трубопроводов на Ру = 2,5 МПа, t < 200 °C (серия 4.903-10, выпуск 1)
Наименование Условный проход Dy, мм Обозначение
Отвод крутоизогнутый 45 , 60 , 90 40-500 Т50
Отвод сварной 20°30', .30, 45 , 60 , 67 30' и 90 150- 1400 T5I
Отвод с гибом 15 — 180 25-400 Т54
Труба с косым срезом 150-700 Т55
Переход сварной листовой концентрический и эксцентрический 50- 1400 Т57
Переход сварной лепестковый на < 1,6 МПа 150- 1400 Т58
Диффузор 600- 1400 Т59
Конфузор 600- 1400 Т60
Ответвление трубопроводов 20- 1400 Т90
впритык (тип А), врезное (гип Б) 20- 1400 Т93
с усиленным штуцером впритык 175- 1400 T9I
с накладкой 150- 1400 Т94
Тройник сварной равнопроходный 400-1400 Т96
Тройник сварной переходный 400- 1400 Т98
Заглушка штампованная 40-500 Т114
Заглушка плоская приварная 40-450 Т115
Заглушка плоская приварная с ребрами 450, 500 TI16
Из крепежных деталей для фланцевых соединений при р,^2.5 МПа применяются болты получистые с шестигранной головкой с основной метрической резьбой по ГОСТ 7798-70*, гайки полу чистые шестигранные по ГОСТ 5915-70* Технические условия — по ГОСТ 1759-70*
Для уплотнения фланцевых соединений применяются мягкие прокладки (по ГОСТ 15180-70) из паронита общего назначения (по ГОСТ 481-80*) марки ПОН. Толщина прокладок рекомендуется 1.5-2 мм. Применение прокладок толщиной более 3 мм не рекомендуется. Материал для фланцевых соединений приведен в табл. 3.13.
Поставка арматуры с ответными фланцами. крепежными деталями и прокладками осуществляется объектам Минэнерго СССР и Мингазпрома по заказам-нарядам Союз-главарматуры.
Другим потребителям арматура может быть поставлена с ответными фланцами, крепежными деталями и прокладками в соответствии с действующими ГОСТ и ТУ, что должно быть оговорено в заказе-наряде. Крепежные детали к ответным фланцам поставляются только в том случае, когда по условиям работы арматуры они являются специальными. Метизы общего назначения в комплект поставки не входят.
В соответствии с ГОСТ 12815-80 фланцы трубопроводов и соединительных частей, а также присоединительные фланцы арматуры выпускаются с уплотнительными поверхностями девяти типов: исполнение 1 — с соединительным выступом; исполнение 2 — с выступом; исполнение 3 — с впа-
Таблица 3.11. Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов
ГОСТ Наименование
ГОСТ 12815-80 Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на Ру от 0,1 до 20 МПа Типы. Присоединительные размеры и размеры уплотнительных поверхностей.
ГОСТ 12816-80 То же. Общие технические требования
ГОСТ 12817-80 Фланцы литые из серого чугуна на р} от 0,1 до 1,6 МПа. Конструкция и размеры
ГОСТ 12818-80 Фланцы литые из ковкого чу1уна на ру от 1,6 до 4,0 МПа. Конструкция и размеры
ГОСТ 12819-80 Фланцы литые стальные на ру от 1,6 до 20 МПа. Конструкция и размеры
ГОСТ 12820-80 Фланцы стальные плоские приварные на ру от 0,1 до 2,5 МПа. Конструкция и размеры
ГОСТ 12821-80 Фланцы стальные приварные встык на ру от 0,1 до 20,0 МПа. Конструкция и размеры
ГОСТ 12822-80 Фланцы стальные свободные на приварном кольце на д от 0,1 до 2,5 МПа. Конструкция и размеры
Пример условного обозначения при заказе круглого стального приварного встык фланца Dy 50 мм на ру = 1,0 МПа (10 кгс/см2) из стали 25 исполнения I (с соединительным выступом) фланец 1-50-10, сталь 25 ГОСТ 12821-80
20
Таблица 3.12. Сидим таблица типовых рабочих чертежей плоских приварных фланцев с аатрубкахм и фланцевых соединений (серия 4.903-10, выпуск 1)
Условный проход Dy, мм Обозна- Наименование чертежей ченне Пределы применения
Температура теп-доносите-ля (не более), °C Условное давление Ру, МПа
трубопровода арматуры
10- 1600 10- 1000 10-600 10-500 Т105 Фланец плоский приварной ру < 2,5 МПа по ГОСТ 1255-67 с патрубком 300 0,2; 0,25 0,6 1,0; 1,6 2,5 0,2; 0,25 0,6 1,0; 1,6 2,5
1200- 1400 700-1400 600- 1400 Т106 Фланец плоский приварной ру < 2,5 МПа по чертежам. Т106.00.00.001 с патрубком 300 0,6 1,0; 1,6 2,5 0,6 1,0; 1,6 2,5
15-300 50-400 Т108 Фланцевое соединение трубопровода ру < 2,5 МПа с арматурой ру = 4,0 и Ру = 6,2 МПа, имеющей фланцы с впадиной. Для фланцевого соединения применен фланец плоский приварной по чертежам Т 108.00.00.001 с патрубком 300 2,5 6,4 4Д
15-400 Т108 То же с арматурой ру = 4,0 МПа, имеющей фланцы с гладкой уплотнительной поверхностью 300 2,5 4,0
500, 600 Т109 Фланцевое соединение трубопровода Ру < 2,5 МПа с арматурой ру < 6,2 МПа. Для фланцевых соединений применен фланец плоский приварной по чертежам Т 109.00.00.001 с патрубком 300 2,5 1,0 4,0; 6,4 2,5
600, 800, 1000
Таблица 3.13. Материал для фланцевых соединений
Тип фланца Условное давление А-МПа Условный проход д. мм Материал
Фланцы Болты (по ГОСТ 7798-70*) Гайки (по ГОСТ 5915-70*)
Стальные плоские приварные по ГОСТ 12820-80 1,0; 1.6 2.5 10-600 10-500 ВСтЗсп5 по ГОСТ 380-71* из листа по ГОСТ 14637-79 Сталь марки 20 по ГОСТ 1050-74**. Класс прочности 4.6 по ГОСТ 1759-70** Сталь марки 20 (10) по ГОСТ 1050-74**. Класс прочности 5 по ГОСТ 1759-70**
Стальные приварные встык по ГОСТ 12821-80 с соединительным выступом 10;16;25 10- 1200 10-800
Примечания: 1. ГОСТ 1759-70**. технические требования распространяются на болты, шпильки, винты и гайки с диаметром резьбы от 1 до 48 мм.
2. Класс прочности для болтов обозначен двумя числами. Первое число, умноженное на 10, определяет минимальное сопротивление в кгс мм2. второе — отношение предела текучести к временному сопротивлению в процентах; произведение чисел определяет предел текучести в кгс/мм2. Класс прочности для гаек обозначен одним числом, которое при умножении на 10 дает напряжение от испытательной нагрузки в кгс/мм2.
21
диной; исполнение 4 —с шипом; исполнение 5 — с пазом; исполнение 6 — под линзовую прокладку; исполнение 7 — под прокладку овального сечения; исполнения 8, 9 — под фторопластовые прокладки.
Исполнение уплотнительной поверхности указывается в обозначении фланца. В водяных тепловых сетях в основном применяются фланцы с уплотнительной поверхностью исполнения 1 и 2.
3.4. Опоры трубопроводов
Для опирания и подвески труб предусматриваются:
опоры скользящие — независимо от направления горизонтальных перемещений трубопроводов при всех способах прокладки и для всех диаметров труб (табл. 3.14 и рис. 3.4, 3.5, 3.6) и опоры диэлектрические (табл. 3.15 и 3.16 и рис. 3.7, 3.8, 3.9);
опоры катковые — для труб диаметром 200 мм и более при осевом перемещении труб при прокладке в туннелях, коллекторах, на кронштейнах и на отдельно стоящих опорах и эстакадах (табл. 3.17 и рис. 3.10 и З.И);
опоры шариковые — для труб диаметром 200 мм и более при горизонтальных
Рис. 3.4. Опоры скользящие DH 32-? 159 мм
Рис. 3.5. Опоры скользящие £>и 194-?630 мм
Таблица 3.14. Опоры трубопроводов скользящие высотой //=100, 150, 200 мм (серия 4.903-10. выпуск 5)
Условный проход труб Dy, мм Обозначения Длина опоры L. мм Максимально допустимое осевое ieiuio-вое перемещение |рубопровода А. мм
25-150 Т13.01 -Т13.12 Т14.01 -Т14.12 170 340 90 260
175-600 Т13.13-Т13.39 Т14.13-Т14.39 Т15.01-Т15.27 170 340 680 90 260 600
700- 1400 Т14.40-Т14.57 Т15.28-Т15.45 340 680 220 560
Пример обозначения скользящей опоры для трубопровода DH = 76 мм. Н = 100 мм: опора скользящая 76Т13.04.
Таблица 3.15. Опоры трубопроводов скользящие диэлектрические высотой Н = 100, 150, 200 мм (серия 4.903-10, выпуск 5)
Условныт проход труб Dy, мм Обозначения Длина опоры L, мм Максимально допустимое осевое тепловое перемещение |рубонровода А, мм
175-350 Т16.01-Т16.15 Т17.01-Т17.15 Т18.01-Т18.15 170 340 680 90 260 600
350-600 Т16.16-Т16.30 Т17.16-Т17.30 Т18.16-Т18.30 170 340 680 90 260 600
700 — 1400 Т17.31-Т17.48 Т18.31-Т18.48 340 680 220 560
Пример обозначения скользящей диэлектрической опоры для трубопровода DH — 194 мм. //=200 мм: опора диэлектрическая 194-Т16.03
перемещениях труб под углом к оси трассы, при прокладке в туннелях, коллекторах, на кронштейнах и на отдельно стоящих опорах (табл. 3.18);
опоры подвесные пружинные — для труб диаметром 150 мм и более в местах вертикальных перемещений труб (табл. 3.19 и 3.20 и рис. 3.12, 3.13);
опоры подвесные жесткие — при надземной прокладке трубопроводов с гибкими
22
Рис. 3.6. Опоры скользящие D„ 1944-1420 мм
Рис. 3.7. Опоры скользящие диэлектрические D„ 1944-377 мм
Рис. 3.8. Опоры скользящие диэлектрические DH 377 4-1420 мм
23
Для опор Ди ^273мм
Для яяяр О, *325мм
Таблица 3.16. Опоры трубопроводов скользящие. Плиты опорные с диэлектрическими прокладками под опоры скользящие по чертежам Т13, Т14, Т15 (серия 4.903-10, выпуск 5)
Условный проход труб Dy, мм Обозначение Длина опоры L. мм
25-150 Т43.01-Т43.08 160, 330
175-250 Т43.09-Т43.17 170. 340, 680
300-1400 Т43.18-Т43.49 ПО*. 340. 680
* Для Dy 300 4- 600 мм.
Пример обозначения плиты диэлектрической для опоры типа Т13.07 плита диэлектрическая Т43.05.
компенсаторами и на участках самокомпен-сации (табл. 3.21).
Уклон трубопроводов при катковых и шариковых опорах труб должен приниматься не более
0.5 г.
где г — радиус катка или шарика, мм.
Длина жестких подвесок должна приниматься для водяных тепловых сетей не менее десятикратного теплового перемещения подвески, наиболее удаленной от неподвижной опоры.
Для трубопроводов тепловых сетей предусматриваются неподвижные опоры следующих типов:
лобовые (табл. 3.23 и рис. 3.14, 3.15);
24
боковые (табл 3 22),
щитовые (табл 3 24 и рис 3 16, 3 17),
лобовые для сальниковых компенсаторов (табл 3 25 и рис 3 18),
хомутовые (табл 3 26 и рис 3 19),
бугельные (табл 3 26 и рис 3 20)
Таблица 317 Опоры трубопроводов катковые (серия 4 903 — 10, выпуск 5)
Тип опоры Условный проход труб Dy мм Обозначение Д тина опоры L мм Максимально допустимое осевое тепловое перемещение трубопровода А мм
Однокатковая 175-250 Т1901- Т19 06* 170 180
340 520
300-600 Т19 07- Т19 18 j 170 100
340 440
700 — 1400 Т19 19 — Т19 24 340 440
Двучкат-ковая 700 — 1400 Т20 01- Т20 12 340 200
680 800
* Высота Н = 150 мм дня остатьных опор Н = 200 мм
Пример обозначения однокатковой опоры ття трубопровода DH = 219 мм А = 180 мм опора однокатковая 219 Т19 03
Таблица 318 Опоры трубопроводов шариковые (серия 4 903-10, выпуск 5)
Условный проход труб Dy, мм Обозначение Высота опоры мм Максимально допустимое осевое теп- ловое перемещение трубопровода А мм
#1 Н2
175-400 Т21 01- Т21 12 150 250 200 и 400
480-600 Т21 13- Т21 18 200 300 200 и 400
700 Т21 19- Т21 20 150 250 200 и 400
700 — 1400 Т21 21- Т21 42 200 300 200 и 400
Пример обозначения опоры шариковой
Z)H = 194 мм опора шариковая 194Т21 01
Таблица 3 19 Опоры подвесные пружинные для горизонтальных трубопроводов (серия 4 903-10, выпуск 6)
Условный проход труб Dy мм Обозначение
150-400 Т27 01-Т27 14
350-1400 Т28 01-Т28 22
700-1400 Т29 01-Т29 06
Пример обозначения подвесной опоры исполнения 1 для трубопроводов D„ = 377 мм опора подвесная 1-377Т27 11
Рис 3 11 Опоры двухкатковые
25
Таблица 3.20. Опоры подвесные пружинные для вертикальных трубопроводов (серия 4.903-10, выпуск 6)
Условный проход труб Dy. мм
Обозначение
150-1400
Т41.01-Т41.25
Пример обозначения подвесной опоры исполнения 1 для трубопровода DH = 377 мм: опора подвесная 1-377Т41.06.
Таблица 3.22 Опоры трубопроводов неподвижные боковые (серия 4.903-10, выпуск 4)
Тип опоры Наружный диаметр трубопровода DH. мм Обозначение
Тип I Тип И с защитой от электрокоррозии 194 — 1420 Т 10.04- Т10.18
Тип III Тип IV с защитой от электрокоррозии 377 — 1420 Т10.19- Т10.28
Примечание. Опоры типа Т10 могут устанавливаться в сочетании с опорами типа Т4 —T9 и Т46 в зависимости от осевой силы.
Пример обозначения боковой неподвижной опоры для трубопровода Dfl 194 мм. тип I: опора боковая I94-IT10.04
Таблица 3.21. Опоры подвесные жесткие для горизонтальных трубопроводов (серия 4.903-10, выпуск 6)
Условный проход труб Dy, мм Обозначение
25-70 Т22.01-Т22.35
80-300 Т23.01 -Т23.56
250-600 Т24.01-Т24.56
400-600 Т25.01 -Т25.28
Пример обозначения подвесной опоры исполнения I для трубопровода DH = 194 мм: опора подвесная 1-194Т23.30
Опоры подбираются по типовым рабочим чертежам в зависимости от вертикальных и горизонтальных нагрузок, допускаемых для опор каждого типа.
Рис. 3.12. Опоры подвесные пружинные для горизонтальных трубопроводов DH 159-?
-j- 426 мм
Рис. 3.13. Опоры подвесные пружинные для горизонтальных трубопроводов DH 377 -?
-г 1420 мм
26
Рис 3 14 Опоры неподвижные лобовые двухупорные для трубопроводов DH 108 — 1420 мм
Рис 3 15 Опоры неподвижные лобовые четырехупорные для трубопроводов DH 133— — 1420 мм
Рис 3 16 Опоры неподвижные щитовые для трубопроводов DH 108—1420 мм, тип III, с защитой от этектрокоррозии
Рис 3 17 Опоры неподвижные щитовые усиленные для трубопроводов DH 108— 1420 мм, тип III, с защитой от электрокоррозии
Рис 3 18 Опоры неподвижные лобовые для двухсторонних сальниковых комплексаторов DH 530 — 820 мм
27
Таблица 3 23 Опоры гру^кмфоаолов веоодвижные лобовые (серия 4.903-10, выпуск 4)
Тип оповы Наружный диаметр трубопровода £>н, мм Обозначение
Двухупорные, тип I, II Двухупорные с защитой от электрокоррозии, тип III, IV 108-1420 Т401-Т4 18
Четырехупорные, тип I, II, V Четырехупорные с защитой от электрокоррозии, тип III, IV 133- 1420 Т5.02-Т5.18
Двухупорные усиленные тип I, II тип V, VI Двухупорные усиленные с защитой от электрокоррозии, тип III, IV, тип VII, VIII 108- 1420 194-1420 108-1420 194-1420 Т6 01-Т6.18 Т6.19-Т6.33 Тб 01-Тб 18 Т6.19-Т6 33
Четырехупорные усиленные, тип I. II 426-1420 Т7 09-Т7 16
Четырехупорные усиленные с зашитой от электрокоррозии, тип III, IV
Пример обозначения опоры неподвижной лобовой двухупорной усиленной для трубопровода DH = 325 мм. тип I опора 325-1Т6 07
Таблица 3 24 Опоры трубопроводов неподвижные щитовые (серия 4 903-10, выпуск 4)
Тип опоры Наружный диаметр трубопровода £>н, мм Обозначение
Тип I, II 108- 1420 Т8.01- Т8 26
Тип III, IV с зашитой от электрокоррозии
Тип I, II усиленные 426 — 1420 T9 09, T9 10, T9 12. T9.14
Тип III, IV усиленные с защитой от электрокоррозии Т9.16, Т9.18, T9 20, Т9.22, Т9.24, T9 25, T9.26
Пример' обозначения опоры неподвижной щитовой усиленной для трубопровода DH = = 530 мм, тип I опора 530-1Т8 12
Рис 3 19. Опоры неподвижные хомутовые бескорпусные для трубопроводов DH 108 ч-
— 1020 мм, тип II
Таблица 3 25 Опоры трубопроводов неподвижные лобовые для сальниковых компенсаторов (серии 4 903-10, выпуск 4)
Тип опоры Наружный диаметр трубопровода £>н, мм Обозначение
Тип I Тип II с защитой от электрокоррозии Тип III Тип IV с защитой от электрокоррозии 530-820 Т46 11 - Т46 14
Примечание Опоры разработаны для тех диаметров трубопроводов, для которых корпус компенсатора выполнен из труб, не вошедших в номенклатуру труб для тепловых сетей
Пример обозначения неподвижной опоры для сальникового компенсатора DH 630 мм, тип I опора 630-1Т46 12
*3ajo/r дл> осадии труЛопраМа
28
Рис 3.20. Опоры неподвижные надземной прокладки для трубопроводов DH 3774-1420 мм
Таблица 3.26. Опоры трубопроводов неподвижные с хомутами и бугелями (серия
4.903-10, выпуск 4)
Тип опоры Наружный диаметр трубопровода £>н, мм Обозначение Тип опоры Наружный диаметр трубопровода £>н, мм Обозначение
Опоры неподвижные хомутовые 32-219 T3.01-T3.ll То же с зашитой от электрокоррозии : тип III тип IV 108-1020 Т11.01- Т11.16 Т11.17 — Т11.32
Опоры неподвижные хому-овые бескор-~>сные тип I тип II Т11.01- Т11.16 Т11.17- Т11.32
Опоры неподвижные хомутовые 57-377 Т12.01- Т12.33
То же бугельные 377-1420 Т44.01 - Т44.33
Глава четвертая
АРМАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
4.1. Арматура
В тепловых сетях применяется преимущественно стальная арматура. Чугунную арматуру допускается применять для параметров воды и диаметров трубопроводов, ~реду смотренных в [71] и приведенных з табл. 4.1. При этом независимо от способов и места прокладки тепловых сетей (кроме -епловых пунктов и сетей горячего водоснаб-- ения), параметров воды и диаметров трубо
проводов не допускается применять арматуру из серого чугуна в районах с расчетной температурой наружного воздуха для проектирования отопления ниже — 10°С, а из ковкого — ниже — 30 °C. На выводах тепловых сетей от источников теплоты и на вводах ГТП и МТП должна, как правило, предусматриваться стальная запорная арматура.
Для всех параметров воды принимать арматуру из серого чугуна на спускных и дренажных устройствах не допускается. При установке чугунной арматуры необхо-
29
Таблица 4.1. Пределы применения чугунной арматуры
1,6
1,0 0,6 0,25
300
200
120
120
80
300
600
1600
ГОСТ и марка чугуна
ГОСТ 1215-79 (не ниже марки КЧ 30-6)
ГОСТ 1412-79 (не ниже марки СЧ 15-32)
димо предусматривать защиту от изгибающих усилий.
В подземных отдельно стоящих ГТП на вводе трубопроводов тепловой сети рекомендуется устанавливать запорную арматуру с электроприводом независимо от диаметра трубопроводов.
Для районов строительства тепловых сетей с расчетной температурой наружного воздуха для проектирования отопления ниже -40 3С желательно применять арматуру из низколегированной стали. При применении арматуры общепромышленного назначения, изготовленной из углеродистой стали, необходимо предусматривать мероприятия, исключающие возможность снижения температуры стали при транспортировке, хранении, монтаже и эксплуатации ниже — 30 °C [22]
Выпускаемые в настоящее время электроприводы к задвижкам в соответствии с данными тульского завода «Электропривод» могут работать при температуре окружающей среды от 40 до —40 °C.
Выбор арматуры производится по условному проходу, рабочим параметрам среды, по требуемому типу привода, а также в зависимости от климатического района строительства тепловых сетей.
Институтом «Теплоэлектропроект» разработаны и согласованы с Союзглавармату-рой с целью унификации применяемых вентилей, задвижек и обратных клапанов и ограничения использования в проектах дефицитной арматуры «Рекомендации по номенклатуре арматуры для тепловых сетей». Рекомендуемые и допускаемые к применению типы клапанов, задвижек и обратных клапанов приведены в табл. 4.2, 4.8, 4.9, 4.10, составленных на основании 3-го издания указанных рекомендаций (1981 г.).
В проектах должна закладываться рекомендуемая арматура, а допускаемая может быть применена при отсутствии рекомендуемой арматуры для ее замены при конкретном размещении заказов.
30
В таблицах приведено условное обозначение арматуры, принятое в каталогах на промышленную трубопроводную арматуру и в сбытовых документах (прейскурантах оптовых цен, ведомостях заказа и т. п.), для арматуры, не имеющей условного обозначения, приведен номер чертежа. В отдельных случаях условное обозначение арматуры дублируется номером чертежа.
Условные обозначения состоят из цифр и букв.
Первые две цифры обозначают тип арматуры: 14 и 15 — клапан; 16 — клапан обратный подъемный; 19 — клапан обратный поворотный; 30 и 31 — задвижка.
Буквы за цифрами обозначают материал, применяемый для изготовления корпуса арматуры: с — сталь; ч — серый чугун; кч — ковкий чугун; Б — латунь, бронза.
Цифры после букв обозначают конструктивные особенности изделия в пределах данного типа и вид привода. Одна или две цифры обозначают номер модели (ручной привод с маховиком), при наличии трех цифр первая обозначает вид привода: 3 — механический с червячной передачей, 5 — то же с конической передачей, 9 — электрический.
Последние буквы обозначают материал уплотнительных поверхностей: бр — бронза, латунь; нж — коррозионно-стойкая (нержавеющая) сталь; п — пластмассы (кроме винипласта).
Буквы в конце обозначают исполнение электропривода: Б — взрывозащищенное
(взрывобезопасное); Т — тропическое.
Цифры в конце обозначают исполнение.
Изделия без вставных или наплавленных колец, т. е. с уплотнительными поверхностями непосредственно на корпусе или затворе, обозначены буквами «бк» (без колец).
Примеры:
30с964нж — задвижка стальная с электроприводом с уплотнительной поверхностью из нержавеющей стали;
16с13нж — клапан обратный подъемный стальной с уплотнительной поверхностью из нержавеющей стали;
15Б1бк — клапан (вентиль) муфтовый латунный без вставных или наплавленных колец.
Для тепловых сетей преимущественно должна приниматься бесфланцевая арматура (с концами под приварку) по мере освоения ее промышленностью и фланцевая. Предусматривать приварку фланцевой арматуры непосредственно к трубопроводу (без ответных фланцев) не допускается из-за возможного ее перекоса при сварочных работах.
Муфтовая арматура может применяться только для трубопроводов Dy ^100 мм при
давлении теплоносителя до 1,6 МПа и температуре до 115 °C и ниже в случае применения водогазопроводных труб.
При выборе арматуры различного назначения (краны, задвижки, клапаны, обратные клапаны и др.) необходимо проверять возможность ее поставки по «Сводной заявке потребности продукции машиностроения на соответствующий год по Союзглав-арматуре» (разд. I —VII), которая выпускается Союзглаварматурой ежегодно на последующий год.
Арматура, не вошедшая в Сводную заявку, считается нетиповой, для ее получения необходимо согласование с ЦК БА, и потребность в ней должна направляться до 1 апреля года, предшествующего планируемому, з Минхиммаш и Союзглаварматуру.
Основные габаритные и присоединительные размеры и масса арматуры, пределы ее применения в зависимости от параметров треды, характеристика присоединительных концов, допускаемое рабочее положение на трубопроводе, класс герметичности, материалы основных деталей, чертежи общих видов и прочие данные принимаются по каталогам на промышленную трубопроводную арматуру, разработанным Ленинградским производственным объединением арматуро-дтроения «Знамя труда» им. И. И. Лепсе ЛПОА «Знамя труда»), части I —V.
При отсутствии сведений об арматуре з указанных каталогах необходимые для проектирования данные могут быть приняты -о техническим описаниям и инструкциям гаводов-изготовителей на этот вид арматуры.
Рабочее положение арматуры по отношению к направлению движения теплоносителя следует принимать исходя из того, что рабочая среда для задвижек может подаваться с любой стороны, а для клапанов и обратных клапанов — по стрелке, указанной на корпусе.
Рабочее положение арматуры на трубопроводе принимается в соответствии с указаниями каталогов-справочников или данными заводов-изготовителей. В том случае, если з графе каталога «Рабочее положение» -.казывается «любое», запорную арматуру допускается устанавливать в любом промежуточном положении в диапазоне 90° между вертикальным и горизонтальным положениями шпинделя (в пределах верхней полуокружности). Устанавливать запорную арматуру шпинделем вниз в пределах нижней - о.туокружнрсти не рекомендуется.
Запорная арматура в тепловых сетях -редусматривается для отключения трубо--роводов, ответвлений и перемычек между
трубопроводами, секционирования магистральных и распределительных тепловых сетей на время ремонта и промывки тепловых сетей и т. п. В соответствии с [22] установка запорной арматуры предусматривается на всех выводах тепловых сетей от источников теплоты независимо от параметров теплоносителя и диаметров трубопроводов. При этом не допускается дублирования арматуры внутри и вне здания.
На трубопроводах водяных тепловых сетей Dy > 100 мм согласно [22] должны быть установлены секционирующие задвижки на расстоянии не более 1000 м друг от друга с устройством перемычки между подающим и обратным трубопроводами диаметром, равным 0,3 диаметра трубопровода, но не менее 50 мм. На перемычке должны предусматриваться две задвижки и контрольный клапан между ними Dy 15 4-25 мм. Допускается увеличивать расстояние между секционирующими задвижками для трубопроводов Dy 400 4-500 мм до 1500 м при обеспечении спуска воды или заполнения секционированного участка одного трубопровода в течение не более 2 — 4 ч, для трубопроводов Dy 600 мм - до 3000 м, а для трубопроводов надземной прокладки Dy 900 мм — до 5000 м при обеспечении заполнения участка в течение не более 5 ч.
Запорная арматура должна согласно [22] устанавливаться в узлах на трубопроводах ответвлений £>у^100 мм, а также в узлах ответвлений на трубопроводах тепловых сетей к отдельным зданиям. При длине ответвлений к отдельным зданиям до 30 м и при их диаметре 50 мм и менее допускается запорную арматуру на этих ответвлениях не устанавливать. При этом должна предусматриваться запорная арматура, обеспечивающая отключение группы зданий с суммарной тепловой нагрузкой, не превышающей 0,6 МВт.
В качестве запорной арматуры в тепловых сетях применяются задвижки, клапаны и затворы. Для труб £>у^50 мм в качестве запорной арматуры непосредственно в сетях рекомендуются задвижки как арматура, имеющая по сравнению с клапанами меньшее гидравлическое сопротивление, а также допускающая любое направление движения теплоносителя.
На участках, требующих особо надежного и плотного отключения, рекомендуется устанавливать клапаны, обеспечивающие большую плотность отключения.
Рекомендуемые и допускаемые типы задвижек приведены в табл. 4.2.
Для задвижек и затворов диаметром 500 мм и более при давлении ру > 1,6 МПа
31
Таблица 4.2. Задвижки
Обозначение задвижки Условные проходы Dy, мм Пределы применения (не более) Присоединение к трубопроводу Материал корпуса
ПО каталогу в тепловых сетях
мН а 1, °C мПа /. °C
Рекомендуемые задвижки
30ч47бр 50, 80, 100, 125, 150, 200 1,0 225 1.0 200 Фланцевое Серый чугун
31ч6нж (И 13061) 50, 80, 100, 125, 150 1.0 225 1,0 200
31чббр 80 1,6 225 1,0 200
30с14нж1 200 1,0 200 1,0 200 Фланцевое Сталь
ЗОчббр (ГЛ 16003) 200, 250, 300 1,0 225 1,0 200 Серый чугун
350, 400 1,0 225 0,6 120
30ч915бр 500, 600, 800, 1200 1,0 100 0,6 0,25 100 Фланцевое Серый чугун
30ч930бр 1000 1,0 120 0,25 120
30с64бр 200 2,5 225 2,5 225 Фланцевое и с концами под приварку Сталь
ИА12015 400 2,5 200 2,5 200 С концами под приварку
Л12014 (30с924нж) 1000, 1200, 1400 2,5 200 2,5 200
30с64нж (ПФ-11010-00) 100 2,5 225 2,5 225 Фланцевое и с концами под приварку Сталь
30с76нж 50, 80, 100, 150 200, 250/200 6,4 300 6,4 300 Фланцевое Сталь
30с97нж (ЗЛ11025Сп1) 150, 200, 250 2,5 300 2,5 300 Фланцевое и с концами под при-варку Сталь
30с65нж (НА 11053-00) 150, 200, 250 2,5 250 2,5 250
30с564нж (МА 11022.04) 300 2,5 300 2,5 300
30с572 нж 30с927нж 400/300 500, 600, 800 2,5 300 2,5 300 Фланцевое и с концами под при-варку Сталь
30с964нж 1000/800 2,5 300 2,5 300
32
Продолжение табл 4.2
Обозначение задвижки Условные проходы Ьу, мм Пределы применения (не более) Присоединение к трубопроводу Материал корп уса
по каталогу в тепловых сетях
/У МПа t, °с Ру, МПа t. °C
Допускаемые задвижки
ЗОчббр (ГЛ 16003) 50, 80, 100, 125, 150 1,0 225 1,0 200 Фланцевое Серый чугун
30ч930бр 600, 1200, 1400 0,25 120 0,25 120
31чббр 50 1,6 225 1,0 200
ЗКЛ2- 16 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600 1,6 450 1,6 450 Сталь
?0с64нж 200 2,5 300 2,5 300 Фланцевое и с концами под приварку С таль
30с567нж ИА11072-12) 400 2,5 300 2,5 300 Под приварку
''гЮс964нж 500 2,5 300 2,5 300 Фланцевое и с концами под приварку Сталь
3 <967нж ИАЦ072-09) 500, 600 2,5 300 2,5 300 Под приварку
Примечание. Задвижки ИА12015, Л12014 (30с924нж) и 30с927нж — с невыдвижным шпинделем, v альные — с выдвижным шпинделем
Таблица 4.3. Диаметры обводов для задвижек и тип запорной арматуры
Наименование Условный проход запорной арматуры Dy, мм
300 350-600 800 1000 1200, 1400
\ словный проход разгрузочного байпаса Dy, мм (не менее) 25 50 80 100 150
Тип запорной арматуры на байпасе 15с27нж1 15с22нж 30с76нж 15с22нж 30с64нж 15с22нж 30с97нж
и > 300 мм при ру > 2,5 МПа должны предусматриваться обводные трубопроводы с запорной арматурой (разгрузочные байпасы) диаметрами не менее указанных в табл. 4.3.
В дренажных узлах для труб Dy > >100 мм желательно вместо клапанов применять задвижки, так как клапаны, как правило, засоряются и требуют периодической очистки.
В зависимости от режима работы запор
ная арматура должна быть полностью открыта либо закрыта.
Использовать запорную арматуру в качестве регулирующей не допускается. В связи с этим при необходимости производить регулировку с помощью задвижек или клапанов предусматривается установка специальной единицы арматуры.
При выборе запорной арматуры следует иметь в виду, что задвижки и затворы Dy >500 мм должны во всех случаях при-
Водяные тепловые сети
33
Таблица 4.4. Основные размеры диффузоров и конфузоров (серия 4.903—10, выпуск 1)
Условный проход трубопровода Dv, мм Условный проход задвижки Dy, ММ Ориентировочная длина, мм
диффузора Т59 конфузора Т60
600 500 850 165
700 500 1550 300
800 500 2350 460
900 600 2350 460
1000 800 1650 320
1200 800 3290 630
1400 1000 3290 630
Таблица 4.5. Стальные поворотные дисковые затворы с ручным управлением Dy 200 -5- 400 мм на ру = 2,5 МПа, t < 200 °C с концами под приварку (рис. 4.1)
Условный проход Dy, мм Размеры, мм Масса, кг
L Н h
200 250 217 168 40
250 450 265 145 95
300 450 265 170 115
400 580 305 210 400
Изготовитель: Ивано-Франковский арматурный завод.
ниматься с электроприводом. При дистанционном управлении задвижками арматура на байпасах (обводах) принимается также с электроприводом.
При автоматизации системы теплоснабжения запорную арматуру с электроприводом предусматривают при любом диаметре трубопроводов.
Рис. 4.2. Задвижка клиновая с невыдвижным шпинделем типа 30с927нж
В стесненных условиях прокладки тепловых сетей на трубопроводах Dy>600 мм как исключение допускается применять задвижки меньшего диаметра с устройством по ходу воды конфузоров и диффузоров. Если возможно двухстороннее движение воды (кольцевая схема), то вместо конфузора устанавливают входной диффузор. Конструкции диффузоров принимаются по чертежу типовой серии 4.903-10, вып. 1 Т59, а конфузоров - по чертежу Т60. Основные габаритные размеры в соответствии с этими чертежами даны в табл. 4.4.
Конструкция малогабаритной запорной арматуры — затворы для водяных тепловых сетей ру <2,5 МПа, t <200 °C, Dy 200ч-1400 мм (технические требования по ОСТ 26-07-224-81) с концами под приварку (рис. 4.1) - разработана ЦКБ А. Уплотнение затвора — термостойкое резиновое кольцо. Допустимый перепад давления на затвор — не более 1,6 МПа. Направление подачи среды — любое. Управление затвором — ручное рукояткой (Dy 200 мм); ручное от редуктора (Dy 250, 300, 400 мм); от электропривода (Dy 500, 600, 800, 1000, 1200, 1400 мм). Основные габаритные размеры, тип электродвигателя и масса затворов приведены в табл. 4.5 и 4.6. Затвор устанавливается на
34
. ' : и цa 46 Стальные поворотные дисковые затворы с электроприводом Dy 500 — 1400 мм на ру = 2,5 МПа, t < 200 °C с концами под приварку (по чертежу К99068)
' . 1ОВНЫЙ троход мм Размеры, мм Электродвигатель Время откры-тия или закрытия затвора, с Масса, кг
L Н h Тип Мощность кВт
500 630 665 330 4АХС80А4 или АОЛС2-21-4УЗ 1,3 57 545
600 630 670 380 66 620
800 750 1000 500 4АСТ005493 или АОЛС2-31-4УЗ 3,2 или 3 66 1480
1000 800 1200 640 86 1750
1200 850 1265 745 4АС13254 или АОС2-42-4УЗ 8,5 7,5 80 2580
1400 1000 1305 895 80 3500
Изготовитель Ивано-Франковский арматурный завод (Dy 500 - 1000 мм), Усть-Камено-^хий арматурный завод (Dy = 1200, 1400 мм)
а б 1 и ц а 47 Характеристика стальных задвижек с невыдвижным шпинделем с электроприводом с концами под приварку на ру = 2,5 МПа, t < 200 °C (рис 4 2)
V ( к।ни। in при ход 1)у мм Размеры, мм Электродвигатель Масса, кг Условное обозначение
L Н h Тип Мощность Время открывания или закрывания, мин № чертежа табт (фигура)
400 600 1900 — Б099 054сп2 — 1,04 582 ИА12015 —
'00 700 1946 367 14ЛС-1325-4УЗ или АОС-52-4УЗ 8,5 или 7 2,8 или 1,2 1543 ПТ 12003 12 30с927нж
600 800 1995 — 3,3 2000 МА 12002 30с927нж
ХОО 1000 2830 — 5,8 4240 ПТ 12003 12 30с927нж
000 2400 2952 — — — — — ПТ 12003 12 30с927нж
200 2200 3330 970 4АС-1325-4УЗ или АОС-2-42-4УЗ 8,5 или 7,5 5,5 11615 Л12014 30с924нж
400 2800 3330 970 12365 Л12014 30с924нж
Изготовители и калькодержатели
400 — Ивано-Франковский арматурный завод,
'00 — ПО «Пензтяжпромарматура» (чертежи 12 003 12), Кыштымский машиностроительный завод
. Катинина (г Кыштым Челябинской обл ) (чертежи ЗК1 00 00Л
600 — Алексинский завод «Тяжпромарматура» (чертежи МА 12002),
D 800 Dy 1000 — ПО «Пензтяжпромарматура» (чертежи 12 003 12),
1200 1400 — изготовитель ПО «Казтяжпромарматура» (г Усть-Каменргорск Казахская ССР), .-'ькодержатель — ЛПОА «Знамя труда» им И И Лепсе
рхбопроводе в любом рабочем положении
Разработаны ЦКБА и приняты в серий-ое производство задвижки клиновые с не-ыдвижным шпинделем Dy 400 мм с элек-Г'оприводом и с ручным управлением и Dy 2'Ю и 1400 мм с электроприводом
Характеристика задвижек с невыдвиж
ным шпинделем приведена в табл 4 7 (рис 4 2)
Рекомендуемые и допускаемые типы клапанов приведены в табл 4 8 и на рис 4 3 и 44
Клапаны обратные, выпускаются двух основных типов подъемные (тип 16), уста-
35
Рис. 4.3. Клапан запорный фланцевый типа 15с27ж
Л
Рис. 4.4. Клапан запорный фланцевый типа 15с22нж
L
Рис. 4.5. Клапан обратный подъемный типа 16с13нж
Рис. 4.6. Клапан обратный поворотный типа 19с17нж
Рис. 4.7. Клапан обратный подъемный типа 922 (Зс-6-1)
Рис. 4.8. Клапан обратный приемный с сеткой типа 16ч42р
36
Таблица 4.8. Клапаны (рис. 4.3 и 4.4)
•' -_^ение Условные проходы Dy, мм Пределы применения Присоединение к трубопроводу Материал корпуса
по каталогу (не более) в тепловых сетях (не более)
мНа t, °C мН а /, с
Рекомендуемые клапаны
’Б 'к-.т' 15, 20, 25, 32, 40, 50 1,6 225 1,6 115 Муфтовое Латунь
25, 32, 40, 50 1,6 225 1,0 200 Фланцевое Серый чугун
' - • 'pin?) 65, 80 1,6 225 1,0 115 Муфтовое
-- -*бр|п) 100, 125, 150, 200 1,6 225 1,0 200 Фланцевое
*»- 9п1(п2) 25, 32, 40, 50 1,6 225 1,6 225 Фланцевое Ковкий чугун
S - !9п 40, 50 1,6 200 1,6 200
'к-пбп! (У21205) 65, 80 2.5 225 1,6 225
'.ч16нж (У21205) 32, 40, 50, 65, 80 2,5 300 1,6 300
';22нж "Л21003М) 40, 50, 65, 80, 100, 150, 200 4,0 425 4,0 425 Фланцевое Сталь
\2лнж1 (К32191) 15, 20, 25, 32, 40 6,4 425 6,4 425
Допускаемые клапаны
5ч8бр(п2) 15, 20, 25, 32, 40, 50 1,6 225 1,0 115 Муфтовое Серый чугун
5кч18п1(п2) 15, 20, 25, 32, 40, 50 1,6 225 1,6 115 Ковкий чугун
5кч16п1 (У21205) 32, 40, 50 2,5 225 1,6 225 Фланцевое Ковкий чугун
5кч2п (У22053) 65 1,6 225 1,6 115 Муфтовое
; 5кч22бр 40, 50, 65, 80 4,0 225 1,6 225 Фланцевое
15с58нж 25, 32, 40, 50, 80, 100 1,6 425 1,6 425 Сталь
Примечание. При применении клапана прямоточного типа 15с58нж1 требуется согласование ЛПОА «Знамя труда».
навливаемые на горизонтальных трубопроводах (табл. 4.9 и рис. 4.5) и поворотные «тип 19), устанавливаемые как на горизонтальных, так и на вертикальных трубопроводах (табл. 4.10 и рис. 4.6).
В связи с отсутствием стальных обратных клапанов Dy 25, 32 и 40 мм в номенклатуре промышленной трубопроводной арматуры для этих условных проходов рекомендуется применение обратных клапанов подъемных Зс-6-1, Зс-6-2, Зс-6-З (рис. 4.7),
принятых по номенклатуре Барнаульского котельного завода. Возможность их поставки согласована с Союзглаварматурой.
Наряду с перечисленными обратными клапанами в дренажных насосных и других местах используются клапаны обратные приемные с сеткой 16ч42р (табл. 4.11, рис. 4.8). Эти клапаны рассчитаны на условное давление 0,25 МПа и температуру воды не выше 50 °C.
ЛПОА «Знамя труда» разработана кон-
37
Таблиц
« лшимь. ммгше подъемные
Обозначение « » ' е-ения Усювныи J е-ООВЫХ проход :егях Присоедин, трубопро
16ч Зор 16ч6бр 16кч9п1 16кч9нж (Л41007) 25 _ 200 80, 100, 150 . 200 40. 50, 65, 80 . - 225 32, 40, 50, 65, 80 . । 300 Фланцевсч
16Б1бк 15, 20, 25, 40, 50 .. 115 Муфтовск
16Б5нж (П341001) 15, 25, 32 - 225 Фланцево,
16с13нж 25 40, 50, 65, 80 100. 150, 200 425
922( Зс-6-1) 20 923(Зс-6-2) 25 924( Зс-6-1) 32 Ю -- 450 10' - 450 101 450 Под прив_-
ица 4 10 Клапаны обратные поворотные
Обознанение клапана \ - - э и пр " W Пределы - е-ия (не Cl ее Присоединен трубопров
по ката юг\ в е овых ях
Р. МПа t С Р' МПа i С
19ч1 бор (КА44004 00) 50, 80 Кн 6 225 1,0 200 Фланцевое
19ч21бр (Л440"' О' 200, 250 - 225 1,0 200
19н16р 19н16р 19419р (ПФ44003) 300 400, 500, 600 800, 1000 1 । 1 () 1 0 II 6 80 80 120 Фланцевсд.
19с38нж 19с17нж (ГЛ44001) 'о 80. 100 200 250 6,4 4,0 4'i> 4N) б 4» 4 1 • 450 450 Фланцевое
19с47нж (по типу 19с36нж2) (ИА44078) 2 2' 400, « 1 4,0 450 4 1 450 Под при».
19с35нж1 (ПТ44070-02 ИА44004 01) 'а « t 2,5 425 425 1 Фланцев,..
38
Рис 4 9 Клапан обратный поворотный с демпферным устройством
Таблица 4 11 Клапан обратный приемный с сеткой, фланцевый 16ч42р (рис 4 8)
Условный проход Dy мм Основные размеры мм Мас са кг
L D h
50 165 140 84 3,8
80 235 185 120 8
100 285 205 156 1 1
150 395 260 216 24
200 485 315 274 42
250 575 370 290 98
300 665 435 344 145
400 778 535 390 210
Таблица 412 Клапаны обратные поворотные с демпферным устройством стальные на ру = 2,5 МПа, t < 200 °C с концами под приварку по чертежам Л44118-500ТУ (рис 4 9)
Условный проход Dy мм Размеры мм Мас-са кг
L Н В
300 360 485 560 90
400 400 465 670 140
500 480 690 950 570
1200 1000 1520 1720 1650
Изготовитеть и казькодержатель — ПО «Каз тяжпромарматура» (г Усть-Каменогорск)
струкция клапанов обратных поворотных с демпферным устройством (табл 412, рис 4 9) Клапан открывается поворотом диска, установленного внутри корпуса на оси, смещенной относительно середины корпуса, при подаче рабочей среды и удерживается в открытом положении за счет скоростного напора потока После прекращения подачи воды диск плавно закрывается, для чего на седле предусмотрено демпферное устройство Клапан устанавливается на горизон
тальном трубопроводе, при этом ось вращения диска должна быть выше оси трубопровода и должна располагаться в горизонтальной плоскости При установке клапана на вертикальном участке трубопровода рабочая среда должна подаваться снизу вверх
Установка обратных клапанов предусматривается на нагнетательных патрубках каждого насоса до задвижек, на обводных трубопроводах у подкачивающих насосов, а также в других случаях в зависимости от принятой технологической схемы трубопроводов При этом не следует предусматривать обратные клапаны, дублирующие обратные клапаны, устанавливаемые за насосами
4.2. Компенсаторы
В тепловых сетях применяются стальные односторонние и двухсторонние сальниковые компенсаторы Основные параметры компенсаторов приведены в табл 4 13 (рис 4 10)
Сальниковые компенсаторы применяются при подземной прокладке тепловых сетей, а также при прокладке на низких опорах Применять сальниковые компенсаторы для трубопроводов, прокладываемых на эстакадах и отдельно стоящих высоких опорах, допускается в исключительных случаях
Расчетную компенсирующую способность сальниковых компенсаторов принимают на 50 мм меньше предусмотренной конструкцией компенсатора на каждый стакан, чем учитывается возможная податливость неподвижных опор
Длина корпуса двухстороннего компенсатора в типовой серии 4 903-10 дается без учета возможного ответвления от корпуса Если необходимо сделать ответвление в середине двухстороннего компенсатора, длину корпуса следует увеличить, а ответвление предусмотреть в середине корпуса
Осевые неразгруженные сильфонные
39
Таблица 4 13 Компенсаторы сальниковые, серия 4.903-10. выпуск 7 (р
Условный проход мм Преаелы применения с-^аторы эонние Компенсат< -цвухсторон
Условное давление Ру МПа Темпегат vpa /. с Компенсирую- Обо г . „ щая способ- ность А, мм Об ^значение Г !IIIIIUIinru4i - Ни IIUILK" (HIM
100 — (175) 2,5 300 Т101-Т - 250 Т1 51 -Т1 54 _"lflll
200-350 2,5 Т105-Т 2 200 и 400 Т1 55-Т1 62 2 .1 ii 2
400-450 2,5 Т1 13-Т - 300 и 500 1 1 63-Т1 66 2 । it _ ^*1»)
500 — 800 1.6 Т1 17-Т 2- зоо и 500 Т1 67-Т1 74 2 । n _ Hj
900 — 1400 1.6 Т1 25-11 2 350 и 600 -
500-800 2,5 Т133-Т1Т -|«0 и 500 Т1 75-Т1 82 2 || и< 2 -*Ю
900 — 1400 2,5 Т141-Т14Х '50 и 600
Пример обозначения одностороннею ->».?вого компенсатора DN 500 v компенсирующей способностью 300 мм ком е- _ г сальниковый 500— 1,6Т 1 17
4
йомпенсатры Мухсторонние
40
ица 4.14. Осевые неразгруженные лиаьфонные (волнистые) компенсаторы (рис.
4.11) по ТУ 3-120-81
1 Пределы । применения Исполнение
,,v У с ювное । давление । рк. МПа 1 Температура /, °C односекционное двухсекционное
Компенсирующая способность Д, мм
- -м) ' 1.0: 1,6; 2,5 200 25 (±12.5) 50 (±25) 50 (±25) 100 (±50)
Пример обозначения компенсатора силь-
-~?го волнистого осевого неразгруженною 'о мм. рх = 1,0 МПа с компенсирующей юбностью 5'0 мм КВО 150-10-50 ТУ 3-120-81.
Рис. 4.11. Осевой неразгруженный односекционный сильфонный компенсатор по ТУ 3-120-81
-б ища 4.15. Осевые неразгруженные с-вльфонные (волнистые) компенсаторы (рис.
4 12) по ТУ 5.551-19702-82
‘Л(/ I 1>мн1п 111*111111)1 Пределы применения Исполнение Компенсирующая способность Д, мм
Условное дав ,ение Ру МПа Температура z, °C
250 и 400 -лои 350 6, 10 6 200 Односекционное 100(± 50)
250 и 400 2-90 и 350 500 и 1000 16, 25 10, 16, 25 25 Двухсекционное
Пример обозначения компенсатора силь-гонного приварною осевого неразгруженного с юмпенсируюшей способностью 100( ±50) мм, = = 1.6 МПа. Dy 250 мм 2К4 100 16 250
волнистые) компенсаторы выпускаются для трубопроводов диаметром от 50 до 1000 мм. Основные параметры и размеры компенсаторов приведены в табл. 4.14 и 4.15 (рис. 4.11 и 4.12). Осевые сильфонные компенсаторы применяются только на прямолинейных \частках трубопроводов, ограниченных неподвижными опорами. Конструкция компенсаторов позволяет применять их в районах строительства с расчетной температурой наружного воздуха для проектирования отопления не ниже —40 °C для компенсаторов по ТУ 3-120-81 и не ниже —30 е С для компенсаторов по ТУ 5.551-19702-82 и при содержа-
Рис. 4.12, Осевой неразгруженный сильфонный компенсатор односекционный по
ТУ 5.551-19702-82
Рабочая пМемнснь
Рис. 4.13. Манжетный компенсатор типа КМ
41
Таблица 416 Компенсаторы манжетные (рис 4 13) по ТУ 69 206 82
Условный проход Dy мм Пределы применения Ком пеней ру юща я способность А мм N° чертежей
Рабочее давление /7р М П 1 Темперал ура t С
50-250 1 0
До Л0213 00 00СБ-300 Л0213 02 00СБ
Пример обозначения компенсатора ман жетного Dy 100 мм КМ 100 ТУ 69 206 82
нии в сетевой воде хлоридов не более 30 мг/кг
Сильфонные компенсаторы допускается
применять при и пкг®_тадки
тепловых сетей
ВНИИЭПсел - _ им технические условие 1 манжетные (ТУ 69 2 •- „-иг+аы их
при строительстве u г дстьской
местности (рис 4 - »
компенсаторов и - ~см®е-
дены в табл 4 16 _ -<
ных соединении кс - - «ч *ся
кольца-манжеты -к * -ы
ИРП1220 (ПБСТУ
4.3. Дренажные « .ъ
Для спуска ВО.1 ЗаЛ
сетей при ремонтны я
дренажные узлы Т * л з
приведены в табл - _=»
штуцеров и арматур^
Таблица 4 17 Дренажные узлы (серия 4 903-10 выпуск 2) на 2 * Ч ж ЗИ С
Наименование Устовг про\ трубопр да D «С
Спускник на водяной тепловой сети варианты 1 2 3 50- 14 " -
Воздушник на водяной тепловой сети 25-14
Штуцер с вентилем для подключения сжатого воздуха для гидропневмагической промывки тепловых сетей 50— 14 и -
Спускник для гидропневматической промывки тепловых сетей варианты 1 2 50- 14С
Пример условного обозначения спускника выполняемого по варип
D^ = 450 мм ру = 1 6 МПа t = 200 С и штуцера £>ут = 150 6)200 1
Таблица 418 Условные проходы штуцеров и запорной арматуры д s эеяжисиыл » (серия 4 903 10 выпуск 2)
Наименование Условный проход трубопровод
25 52 40 50 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 500 - • |
Условный проход шту цера и арматуры для спуска воды (спускник) Dyi, мм - 25 40 40 50 80 100 100 150 > •
То же для выпуска воз духа (воздушник) Dy2, мм 15 15 15 20 20 25 25 32 40 - -
То же для спуска воды при гидропневматической промывке Чм - 40 40 80 80 100 200 200 250 2' -• -ч
То же для подачи сжатого воздуха D мм - 25 25 40 40 40 50 50 80 ' • U0
42
4.4. Грязевики
В тепловых сетях применяются грязе-1 mi горизонтальные, вертикальные и або--е-тские Пределы применения грязевиков их обозначение приведены в табл 419 тис 4 14-4 18)
В соответствии с [21] грязевики в водяных тепловых сетях предусматриваются на трубопроводах перед насосами, на подающем трубопроводе при вводе в тепловой пункт, на обратном трубопроводе в тепловых пунктах перед регулирующими устрой-
Таблииа 4 19 Грязевики (серия 4903-10, выпуск 8)
Наименование Условный проход Dy мм Пределы применения Обозначение К» рисунка
Рабочее давление рр МПа Температура t С
Грязевики горизонтальные 200-400 200-400 200-400 1,0 1,6 2,5 200 ТЗО 01-ТЗО 05 ТЗО 11-ТЗО 15 ТЗО 21-ТЗО 25 4 14
450-1400 450- 1400 450-1400 1,0 1,6 2,5 200 Т31 0I-T31 09 Т31 10-Т31 18 T3I 19-Т31 27 4 15
Грязевики вертикальные* 200-300 200-300 1,6 2,5 200 Т32 01-Т32 03 Т32 04-Т32 06 4 16
350- 1000 350-800 1,6 2,5 200 200 ТЗЗО1-ТЗЗО9 ТЗЗ 10-ТЗЗ 16 4 17
Грязевики абонентские 40-200 40-200 1,6 2,5 200 200 Т34 01-Т34 09 Т34 11-Т34 19 4 18
* Грязевики Dy 250 и 300 мм — с эллиптическими днищами
Пример обозначения грязевика ру = 1 0 МПа Dy 300 мм грязевик 1,0-300 ТЗО 03
43
Рис. 4.17. Грязевик, -е-лиимыиш1Г D, 350- 1"’
ствами, водомерами и диафрагмами — не более одного в тепловом пункте и перед регуляторами давления в узлах рассечки.
Количество грязевиков в технологических узлах должно быть минимально необходимым Грязевики в узлах установки секционирующих задвижек предусматривать не нужно.
Ленинградским филиалом института «Энергомонтажпроект» разработаны новые рабочие чертежи грязевиков для изготовления их на заводах КВОиТ Минэнерго СССР — Л.8-439.00 000 (горизонтальные Dy от 150 до 400 мм), Л 8-440иОиОО (горизонтальные Dy от 500 _ю 1400 мм), Л.8-441.00.000 (вертикальные D от 200 до 300 мм), Л.8-442 00.000 (верпиатьные D4 от 350 до 1000 мм), Л.8-444 00 иО<' .тепловых пунктов Dy от 40 до 200 мм1 на рабочее давление до 2,2 МПа. Конструкция грязеви-
Рис. 4.18. Грязевики л' jek D 40-г-200 х'
44
ков принципиально мало отличается от грязевиков по чертежам ТЗО, Т31, Т32, ТЗЗ и Т34 серии 4.903-10, вып. 8 за исключением
конструкции вертикальных грязевиков по чертежам Л.8.442, в которых сферические днища заменены плоскими.
Г лав а пчтач
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ
5.1. Общая характеристика теплоизоляционных материалов и изделий
Теплоизоляционные конструкции тепловых сетей предназначены для поддержания заданной температуры теплоносителя, сокращения тепловых потерь трубопроводов и оборудования, а также для снижения 1ем-пературы их наружных поверхностей, что имеет значение при размещении в помещениях, предназначенных для постоянного или временного пребывания людей. В таких помещениях во избежание ухудшения сани гарно-гигиенических условий (опасность ожогов) в нормах [22] оговаривается максимальная температура этих поверхностей, которая составляет 45С дтя трубопроводов и оборудования, размещенных в жилых, общественных и производственных зданиях (при температуре воздуха в них не выше 25 °C), и 60 С для трубопроводов, проложенных в туннелях, коллекторах, а также в доступных для обслуживания местах при надземной прокладке тепловых сетей.
Для изготовления теплоизоляционных конструкций используются специальные теплоизоляционные материалы, характерной особенностью которых являются низкие значения теплопроводности в интервале температур, соответствующем условиям работы конструкции. Чем ниже эти значения, тем при прочих равных условиях меньше тепловые потери и соответствующее снижение температур теплоносителя.
Согласно ГОСТ 16381-77 теплоизоляционные материалы в зависимости от теплопроводности подразделяются на три группы: низкой теплопроводности не более 0,06 Вт/(м-К) при средней температуре материала в конструкции 25 сС и не более 0,08 Вт/(м-К) при 125°C; средней теплопроводности 0,06 — 0,115 Вт/(мК) при 25 С и 0,08 — 0,14 Вт/(м-К) при 125 °C; повышенной теплопроводности 0,115 — 0,175 Вт/(м-К) при 25 °C и 0,14-0.21 Вт/(м-К) при 125 °C. Следует учитывать, что из таких теплоизоля
ционных материапов выполняется только основной слой теплоизоляционной конструкции. Помимо него в эту конструкцию обычно входят другие слои (покровный, гидроизоляционный), а также используются различные вспомогательные материалы (армирующие, ’крепежные, окрасочные), теплопроводность которых не ограничивается.
По нормам [22] для тепловых сетей с максимальной температурой теплоносителя до 150С основной слой теплоизоляционных конструкций должен выполняться из материалов с теплопроводностью не более 0,14 Вт/(м-К) при средней температуре слоя 100 °C, т. е. только из мало- и среднетеплопроводных материалов. Это ограничение, однако, не распространяется на подземную бесканальную прокладку тепловых сетей.
Важным свойством теплоизоляционных материалов является их температуроустойчи-вость — способность сохранять свою структуру и физические свойства при температурах, соответствующих условиям их длительной эксплуазации. Мазериалы с малой температуроустойчивостью пригодны при температурах изолируемых поверхностей не выше 50 3С. Если эти температуры не превышают 300 С. то для их теплоизоляции могут применяться материалы, характеризуемые повышенной температуроустойчивостью, а при температурах выше 300 °C — только материалы с высокой температуроусгойчи-востью. Для водяных тепловых сетей с температурами теплоносителя не выше 200 °C достаточно использование материалов с повышенной температуроустойчивостью, но по технико-экономическим соображениям вместо них иногда применяются материалы с высокой температуроустойчивостью, если они обладают низкой теплопроводностью при умеренной стоимости.
Для обеспечения длительной и надежной работы теплоизоляции, а также защиты изолируемых объектов, выполняемых из подверженных коррозии материалов (как правило, из обычной углеродистой стали), необходи
45
мо соблюдение дополнительных требований к теплоизоляционным материалам: они не должны загораться при максимальных температурах теплоносителя, а также выделять при нагревании до этих температур вредные или способствующие коррозии вещества (агрессивные газы, кислоты, крепкие щелочи, серу и 1 д.). Изоляционные материалы не должны быть также подвержены гниению и разрушению микроорганизмами, грибками и т. п. Применение не удовлетворяющих этим требованиям материалов в тестовых сетях запрещено нормами [22, 61] и правилами [79].
Низкая теплопроводность теплоизоляционных материалов в основном связана с их структурой и прежде всего со значительной пористостью Для таких материалов характерны большие значения порист ос~и. определяемой как отношение объема ^„ти материала, занимаемого порами, ко в«.е\ . его объему.
Сухой пористый материал можно рассматривать как сочетание твердой фазы (скелета или каркаса) и воздуха в порах, массой которого можно пренебречь. Межд; плотностью этого материала р^ и его твердой фазы рм, а также пористостью Рм имеют место соотношения
Рм = Рм 0 — f*M), (51>
Рм=1—(5 2) Рм
Однако у пористых материалов абсолютно сухое состояние может поддерживаться только в особых условиях, например при их нагреве до температуры 100‘'С и выше в сочетании с возможностью удаления испарившейся влаги в окружающую среду
Мерой увлажнения материала может служить масса содержащейся в нем влаги в виде воды и водяных паров, отнесенная к массе сухого материала. Эта величина называется массовым влагосодержанием при ее выражении в долях единицы и массовой влажностью uV! при ее выражении в процентах. Иногда вместо массовой используется объемная влажность соответствующая отношению объема, занимаемого влагой в материале, к его обшему объему Соотношения между значениями массовой wM и объемной wo6 влажности материала, если отсутствует его набухание при увлажнении, гаковы:
Рм
Wo6 = wM--• (5.3)
Рв
Рв
wM — и’об — (5.3а)
Рм
Здесь р. •» при темпера- с ность рм тс как прави-1000 кг/м3, тс сти wM выше -.
Максима, с- . териалов дости виях за счет _ а иногда до • образцов этих м_
i — плотность воды . "гтмила Так как плот-
• клееных материалов, шт. - вен но меньше
* л массовой влажно-
• пористых ма-
" : _ йсдаторных усло--х~х- обычно па 3, тг»жения в воду гт _• ч Таким способом
определяются з _ максимального -единицы по маем, сти полного нам •_ процентах по ма^.; нистых или зерни.-риалов с преоблад„ сти максимальное в
ЬТ'Ж’ОЙ пористо-
ствует заполнению = лор и капилляров, та. х^кС = 100Рм, а значег совой влажности
-хс называемого _е-ия (в долях или влажно-« . или иоб (в ' jev • У волок-
-чых мате-
де-- *е соответ-
«-ески всех
-» «словиях
. мас-
макс 1 пл п f в
нм =100Рм—= Рм
5 4)
Плотность увлажненнь ’ че подверженных е~яе"-я по формуле
У = Рм +
Рв^об ЛосГ
= Рч I
• Гд1-ение теплоизотя ,
стр.«„-а = условиях работы т. .г~ей
на> . - . шественный ущерб , нос-,- т №•> тьтате роста тент -пост • • ~ористых материи - - ь.е -да v г> ь сдается увеличением .- -прове_- гз-за вытеснения ~ _ =
порах г _ теплопроводное-ь • и при -е’ егш.дах 10-50°С го =
25 рд >ле. чем возд\>_ = 0.5~- -- Вт (sr-К) вместо =
= 0.025- 2 В~ 1м К).
РдЗ- 'тд.-ые теплоизоляцией --д-териалы "е-яемые в изоляшю* • --
струкциях -д ’ вых сетей, могут б=>- = • сифиших.-х-э “оежде всего исходя ш-
рактерис-.'» .ырья. используемо -я
изготов-е--г -дгих материалов Пи •- м-.
признаку х -* = хются материалы и > = ?д-ническогс ' с'ачического сырья В ._-г.-ве исходно: ' . х.для изготовления ? д-нических -»_^?нных материалов , . -=-
зуются то?с •. хобенности фрезерный. тгхе-весина хв - пород, кора прей* вето дуба, кам=,_ _ тома и т. п.
46
Основным ограничением в использова--I органического сырья для производства олзо ляционных материалов является его < _ ая температуроустойчивость (как пра-ч > не выше 100 С) Кроме того, органиче-• е тепюизоляиионные материалы легко л -«раются подвержены гниению, плесневе-/-о и поражению насекомыми и грызунами
Традиционным видом неорганического чрья дтя изготовления теплоизоляционных ч лтериазов являются минералы, обладаю-_не высокой гемпиратуроустойчивостью - сочетании с волокнистой (различные виды -..^еита) во гокнисто-чешуйчатой (слюда и ее зновидности, например вермикулит) или лкропористой (диагомит, трепел) структу-“ои Из этих видов сырья при термической Сработке (обжиге, иногда сопровождаемом чиванием) и распушке или дроблении омоте) могут быть получены сыпучие ли волокнистые материалы, применяемые ч виде засыпок или для изготовления изделий
Использование других видов неоргани-е^кого сырья для получения высококачественных теплоизоляционных материалов связано с технологией их изготовления из оасплава различных изверженных горных пород (граниты, базальты диабазы, пемза и т д ) или стеклянной шихты, а также из мета тлургических шлаков
Полученный таким способом материа i в зависимости oi исходного сырья называется минеральной ватой (ГОСТ 4640-84), в частности базальтовой (ТУ 21 РСФСР *169-75), а также стеклянной ватой (например, ло ТУ 21 РСФСР 224-75) Особенностью таких сортов ваты является их большая сжимаемость даже при малых нагрузках, приводящая к увеличению их плотности и соответственно теплопроводности Поэтому основным способом использования минеральной и стеклянной ваты для теплоизоляции является изготовление на ее основе с некоторыми связующими добавками штучных изоляционных изделий различной конфигурации
Перспективными являются также теплоизоляционные материалы и изделия, получаемые из синтетических полимерных материалов (полистирола, поливинилхлорида, полиуретана) с искусственно создаваемой пористостью за счет введения в жидкую массу порообразующих веществ Такие теплоизоляционные материалы называются пенопластами (иногда поропластами) Для изготовления пенопластов, выдерживающих температуры до 120—150 С, а потому пригодных в качестве теплоизоляции для тепловых сетей применяются в основном фенолформальдегидные смолы
Ассорл имент выпускаемых промышлен ностью штучных теплоизоляционных изделий разнообразен как по материалам, используемым при их изготовлении, так и по форме изделий и их механическим свойствам Различают жесткие, полужесткие и мягкие изделия, характеризуемые их сжимаемостью под действием стандартной удельной нагрузки на поверхность изделий, равной 2 кПа Изделия, показывающие под такой нагрузкой сжимаемость менее 6% относятся к жестким, а свыше 30 °о — к мягким При промежуточных значениях сжимаемости (от 6 до 30%) изделия называются полужесткими
Форма жестких изделий должна соответствовать форме изолируемой поверхности что особенно существенно при теплоизоляции трубопроводов малых диаметров (от 25 до 150 — 250 мм)
Наиболее удобной формой жестких изделий в таких случаях являются полые цилиндры с продольным разрезом или полуцилиндры с внутренним диаметром, на 4—10 мм превышающим наружный диаметр изолируемого трубопровода, и толщиной примерно соответствующей заданной толщине основного изоляционного слоя,— обычно от 40 до 100 мм с интервалом 10 мм (иногда до 30 мм) Длина таких изделий составляет 250, 500 и 1000 мм, изредка 1500 мм При наружном диаметре изолируемых труб более 150 — 250 мм вместо громоздких полых цилиндров или полуцилиндров изготовляются более мелкие штучные изделия в виде сегментов (обычно 3 — 4, а иногда 6 — 8 пл по окружности трубы)
Максимальный внутренний диаметр таких сегментов соогвелствует наружному диаметру изолируемых труб обычно до 420 — 470 мм иногда до 1000 мм
Для изоляции трубопроводов больших лиаметров применяются сегменты, нарезанные из плит предназначенных в основном для изоляции плоских и слабо искривленных поверхностей оборудования Плиты изготовляются шириной от 170 до 500 мм, иногда до 1000 мм, длиной от 250 до 1000 мм и толщиной 30—125 мм
Для изготовления жестких штучных изделий из неорганического сырья используются смеси из различных порошкообразных материалов с распушенным асбестом, выполняющим функции армирующего каркаса тля повышения прочности и жесткости изделий Такие жесткие штучные изделия (сове-литовые, вулканитовые, известково-кремнеземистые) могут применяться до температур 500-600 С
47
Ill ручные изоляционные н з ichibi и n <> i < >n 1яются также на основе минера чыюи b.ihi ? добавлением связующих bcihcxib В нпм :лучае в зависимости oi ви ia и < .> в рж.ппп| •тих веществ, а также oi псхопюи hi<>ih<> ти минеральной ваты помимо *hihi\ мо ут быть получены НО 1УЖи I МН и mhiioic птучные изделия.
Высокая темпера iypoyх i опчпв.н и. ищм •ых минераловатных и • к- шп ни ни ,н-н я ы чет применения сип ie • п‘кч ни о . пн п юще1 о количестве 1.5 — 8",, но м.к<е Мпперапо-атные плиты (по I ()( I 95/( S’) пршодны ,ри температурах ю 400 ( и и и oioiihxioich сесткими. полужее । Кими u mhimimii Кроме мягких плит с темп же пока ia ichhmh iiuoi-ости и теплопрови инн in вынухкаюня ми-ераловатные мани (по I (>( I 21880-76) в ру-онах длиной 2 4 м, обычно с прошивкой роволокой и с о ню п in шум. iороннсй об-ладкой металлпчез. кон leiKon, асбестовой ли стеклянной ik.iiii.io. Максимальная тем-ература их применения определяется гемпе-атуроусгойчивое пао обкпалочного мате-иала и дохо in । до 450 600 С.
Для обличения мошажа па трубопрово-ах диаме(ром свыше 108 мм выпускаются Ю ГОСТ 23307-78) минераловатные верти-ально-слоишыс маня, изготовляемые из по-ос, нарезанных из мягких и полужесгких лит и наклеенных при вертикальном распо-ожении волокон на односторонний слой тагонепроницаемого материала. Макси-альная температура их применения состав-яет 300 С
Наряду со штучными изделиями на ос-эве минеральной ваты применяются аналойные изделия на основе стеклянной ваты, апример, из стеклянного шгапсн.ною во-экна на синтетическом связующем выпу-:аются по ГОСТ 10499-78 мшы длиной от до 13 м при ширине 500—1500 мм и долине 30 — 80 мм. а также жешкие и полу-еегкие плиты с максимальной температу->й применения 180 "С.
2. Теплоизоляционные конструкции )и воздушной и подземной канальной прокладке тепловых сетей
При всех видах воздушной прокладки плоизоляционные конструкции выпол-1Ю1СЯ как подвесные на соответствующих 'убопроводах, а потому связанные с массой оляции нагрузки передаются на опоры их трубопроводов. Такие изоляционные ншрукции являются, как правило, обособ-ниыми для каждой трубы и имеют круглое чепис, концентричное этой трубе
Осиокпым способом и и oiовчепия под
Им ПЫХ II ЮПЯ1ШОШ1ЫХ КОПС I рукшш ЯВ IHCI.il их iпорка на и 1олирусмых нонерхшн i их и . пнучных hi Юлин, описанных в 8 s I Н он ю МИН |рукцпях MOiyi использования Ж111МИ по |ужсс I кие и мя! кие изделия 1имзпн
3 IIIOM IHO 1ЯЦИИ ИЗ ЖСС1КИХ ИЗ 1С lllll UH он О ч
пх П1.1ЧП 1сльпая механическая прочно, и и. кончающая уплотнение при мыпп. .. об ici чающая последующее ...............
кронною слоя. Вмеое с icm креп н inn • . . кнх изделий малых размеров и.............пн
и ширине, особенно на труooiip.m. . о . .. шою диаметра и при иснон. юн.пик.........и
юн в количестве 3 — 8 ни ио окр • ... <н зпачизелыто усложняет мошаж .< . .. . . г. бует применения различных м. • • • ... ... » »• деталей (колен, бандажей, i noi . . » pi. .юн штырей и т. п.). Так как в у < юнп и - з >< . . * и. пия изоляции эти крепежш.н и • I m П|Ш н» из1 отовлении из обычной . i • ш п>. р <.. ш । коррозии, в результате чы о ......... инн
сание и даже выпадение ши ......... ни. iiiii
го по нормам [22] {.н.ги < . . ... ю i * itt.i либо иметь аптикоррозиоппо. ....tpiiinu на пример за счет оципков............ iihoih
вляться из коррозионпо . i.'HiiB ма >» рпа (латуни, жаростойкой юно
Применение мя!кнх шо пин iiimiNiiii онных изделий вмесю .......ю и nit ivmm i
ких позволяет значит п.н.. . пр... нш, их монтаж и крепление на ню ।.• р\. -• ы* iittucpxiiiic-тях, особенно на трубах ..... ши» и шшмгчрп
В сочетании с в. ... .. ..ibbhhbm мигов боЛЬШОЙ ШИрИНЫ II ......... Iipil »|ПМ но
является возможно, о ..... pitiHaniiH ipyftn проводов ПО окружи... I И .. ИЦ1М Ш1Р1ИЫМ изделием с одним пр......... »*i швом |нЛрр
точная изоляция) .......।.... и mhihix и tie
лий позволяет 1акж. iihuiuii вш. н» в ни i»< ПОЛЫХ цилиндров . .....И I 11|11ОИ|||1НМ рн I
резом, монтируемых . pi. (ижкпи н нш ih дующим насаживапп. м hi зрупу
ОСНОВНЫМ НС It.. I НН'Ч p.llin UIBHIH
щим применение \i ш i и • и н. опт. .iiiu i» в i ip лий, является их ма г <ч при пни и в .ниш с чем при крен пепин • । • > • । ••• inaii ы +-imiiI по их наружной п..в. ।...................... ..ни .... .в, р
жены значите 1ЫЮ-.1Х ........... ..и.,, .нпфчю
щему толщину и ю .............. । + п.. . ш ।..
ваться при выбор. I'll.- I.........И Ini I. пни
коэффициента vnuon. un.i . ... ihih.. пи. лий приведены в | ’ ’ < I |
При малых ।и . в । р । - и I. юр.. и.»
труб (до 50- НИ» м'О ..I и. ..о. pi.........................в
ИЗОЛЯЦИИ MOiyi Oi.iii ........... t. । В 1111 i iiin.pii
из минерально)! на hi н ... > >.,. । . . . .. ».
Ж| у ! Ы ДЛИИОИ 8 pl I I. . ..I i ни и i . .I
на в и ваемыс ci in p.i 11 . ... । .. » .... .. ...
net ко и.ко ijjocii
I I < ' I po( НЮС I 4111 I I s
и крепления жестких и мягких штучных изделий на трубопроводах и оборудовании приведено в [103, 141].
Нормами [22] для воздушной прокладки тепловых сетей при температурах теплоносителя до 400 °C рекомендуются или допускаются к применению изделия, характеристика которых по данным [61, 103] приведена в табл. 5.1. Следует иметь в виду, что указанные в табл. 5.1 значения теплопроводности в зависимости от температуры, а также плотности относятся к изделиям, смонтированным в качестве основного слоя теплоизоляционной конструкции, с учетом влияния па теплопроводность и плотность шовное hi конструкции и наличия крепежных легален. В связи с этим такие значения несколько больше приведенных в ГОСТ или ТУ для соответствующих изделий.
Специальные требования к штучным изделиям предъявляются в случае выполнения изоляции на объектах сложной конфигурации, а также если такая изоляция должна быть съемной или разъемной. Согласно нормам [22] полностью или частично съемные конструкции обязательны при теплоизоляции арматуры, сальниковых компенсаторов и фланцевых сое гинений в тепловых сетях. Кроме тою, сложная конфигурация арматуры сама по себе требует применения специальных изоляционных изделий.
Аналогичная конфигурация часто встречается также у отдельных элементов оборудования тепловых сетей и тепловых пунктов. В подобных случаях могут быть использованы два типа изоляционных конструкций, а именно: либо из мягких изоляционных изделий в виде матрацев с набивной изоляцией, либо из штучных изделий в съемных полуфутлярах.
Более универсальными являются конструкции набивной июляции в матрицах, пригодные для любой конфигурации изо ш-руемых объектов. В качестве набивки при этом могут быть использованы минеральная или стеклянная вата, а также порошкообра i-ные материалы (совслиг, перли I, обожжен ный вермикулит, асбест, acooiypni и in)
В качестве материала дчя обочинки при меняется асбестовая ik.hu. (по НИ 1 6102-78) или ткань и i с юк loiioioKiia (по ГОСТ 8481-75). Тенаонроно nioci ь ыких матрацев при их чапл HICIIHII совели юным порошком (но ТУ 16-MI-77) составляет [ЮЗ] = 0.087 -) (),()()()12/^ Bi/(m-K), а при заполнении с ickjiobojiokhom (по ТУ 21 РСФСР 224-75) К -- 0,058 + 0,00023Вт/(м-К).
При съемной изоляции в цилиндрических полуфутлярах, изготовляемых hi опин кованной стали или листов а И" .... 1
сплавов толщиной 0,5—1 мм, эти полуфуi ляры могут заполняться либо теми же пь ы пными материалами, что и Mai раны, либо штучными изделиями из волокнистых маю риалов, в основном матами из минератьнон ваты.
Нормами [22] при воздушной прокладке тепловых сетей не предусматривается во <-можность применения для арматуры и сальниковых компенсаторов несъемной июляции, изготовляемой непосредсч ценно при монтаже. Однако такие конструкции imoiла используются для изоляции небольших объектов сложной конфигурации, а 1акжс при ремонтных работах в труднодосlyniii.ix местах и т. п. В подобных случаях находиi применение мастичный способ изготовления изоляционных конструкций, при котором <а-творяемые на воде порошкообразные маю риалы (асбозурит, совелит, ньювель) па брасываются вручную на изолируемую но верхность, обязательно нагретую до темпе ратуры не ниже 50 и не выше 150°C.
Мастичный способ изюговления июня ции является наиболее трудоемким и iребусi Hai рева изолируемых поверхностей, а попу чаемые таким способом конструкции харак теризуются высокой теплопроводностью. Но этим причинам такой способ, ранее широко применявшийся при изоляции оборудования и даже трубопроводов, прокладываемых в помещениях, в последнее время ноши полностью вытеснен другими, бочес ин i\ стриальными методами.
Теплоизоляционные конструкции i im ВОЗДУШНОЙ ПрОКЛаДКИ ДОЛЖНЫ ПОМИМО О( новного слоя включать также покроннып слой, иногда называемый наружным покры тием и выполняющий различные фунм.......
Одной из них являемся придание этим коп сэрукциям законченно! о оформления, оохч iieniiBaioinei о шнможиошь обслуживания и ремонт, .1 |акже удовлетворяющею >< iciii чех кпм । реновациям. При некоторых iiiii.o кош ।рукипи, например при засыпноп и ш iiaoiiiiiioii июляции, покровный слой ян ок I iя оооточкой для изоляционного Maiepnaii и ню lainiMcicB вместе с ним. В конструктом 111 пнучпых 1НДСЛНЙ покровный СЛОН НПО Ю111ИСКЯ Hi I пециа льных материалов, нано хнмых па повсрхпосгь основного слоя. 1акои слой должен придана1Ь этой конструкции нс обходимую жсс|коси>. а также предохрани 1i ее от проникновения влаги, что особенно < \ шественно при прокладке на открыюм то духе. Если применяются полужесткие и мш кие штучные изделия, не обладающие ни in ।очной прочностью, то покровный х loll "ill н iiiH-i печнпа и, такую прочное и. ми 1 " л ........... мм преня югвуя сх- |<ч|юр
Таблица 5.1. Техническая характеристика теплоизоляционных изделий, рекомендуемых или допускаемых к применению по нормам в качестве основного слоя изоляции для трубопроводов тепловых сетей при воздушной прокладке [22]
Наименование ГОСТ или ТУ Условные проходы труб Dy, ММ Расчетная плотность в конструкции Рс, кг/мч Расчетная теплопроводность в конструкции Макси-мальная температура применения 'макс С Основные размеры, мм
при Вг/(м-К) температурный коэффициент Ргю4, Вт/(м-К2) Толщина & Длина / Ширина h (или внутренний диаметр </вн)
Цилиндры и полуцилиндры из минеральной вазы на сип этическом связующем ГОСТ 23208-83 25-200 100 150 200 0,049 0,051 0,053 2,1 2,0 1,9 400 40-80 500-1500 25-219
Питы мят кис и< минеральной ваты па сип 1с1ичсском связующем ГОСТ 9573-82 100-450 55-75 76-115 0,040 0,043 2,9 2,2 400 60-100 1000 500 и 1000
То же плиты полужесткие ГОСТ 9573-82 500-1400 90-150 0,044 2,1 400 50-80 1000 500 и 1000
Маты миттералова тттые прошивные в обкладке из металлической сетки или С1еклоткани ГОСТ 21880-76 200-1400 90 120 150 0,043 0,045 0,049 2,2 2,1 2,0 4003 (без обкладки 440) 40-120 1000-2500 500-2500
Маты миттералова i ные прошивные марки ВФ-75 на металлической CCIKC ТУ 21-24-51-73 200- 1400 100 0,037 2,0 3003 50 и 100 3000 и 5000 500 и 1000
Маты ит стеклянною штапель-п«*| о подокна па синтетическом «линующем марок МТ-35 и МТ-50 ГОСТ 10499-78 50-400 60 80 0,040 0,042 3,0 2,8 180 30-80 1000- 13000 500- 1500
!о же. пииты полужеегкие марок ШИ $0 к IIIIT-75 ГОСТ 10499-78 500-1400 60 90 0,042 0,044 3,5 2,3 180 50- 70 1000 500-1500
1 (олуцилиндры и । пенопласта марки ФРП-1 ГОСТ 22546-77 40-250 65-85 86- 110 0,041 0,043 2,3 1,9 130 150 30- 60 1000 и 1500 (47-275)
Сет мен ты hi пенопласта марки ФРП-1 ГОСТ 22546-77 300-1000 65-85 86-110 0,041 0,043 2,3 1,9 130 ' 150 30- 80 1000 и 1500 (327-1023)
I >h i Ilin IlhlH I ' I
Наименование ГОСТ или ТУ Условные проходы труб Dy, мм Рас чс । пая НЛО 1 -посте в конструкции Ро кг/м^ ЧС 1 Ihl м 1 Cl 1ЛО11 pi)III)Д1 IOC и. В КОНС1руКЦИИ M.IKC и мальная темпера!ура применения ^макс, °C ( >1 IIOIIIII4C p.l IMCpi.l ММ
т о при лС5 Вт/(м • К) температурный коэффициент р,-104, Вт/(м К2) Толщина 5 Длина / Ширина h (и ни внутренний диаметр </ви)
Полуцилиндры совелитовые ГОСТ 6788-74 50-150 350 400 0,075 0,078 1,5 1,5 440з 40-80 250 и 500 (57- 159)
Сегменты совелитовые гост 6788-74 200-400 350 400 0,075 0,078 1,5 1,5 440-3 50 -80 250 и 500 (219-426)
Полуцилиндры вулканитовые гост 10179-74 50-250 300 350 400 0,074 0,079 0,084 1,5 1,5 1,5 4403 40-80 500 (57-273)
CeiMeHibi вулканитовые гост 10179-74 200-400 300 350 400 0,074 0,079 0,084 1,5 1,5 1,5 4403 50-80 500 (325-426)
Полуцилиндры известково-кремнеземистые гост 24748-81 100-250 200 225 0,069 0,071 1,5 1,5 4403 70-120 1000 (112-280)
Сегменты известково-кремнеземистые гост 24748-81 250-1000 200 225 0,069 0,071 1,5 1,5 440-3 50-150 1000 (252-994)
Шнур из минеральной ваты в оплетке из стеклоткани ТУ 36-1695-79 25-100 200 250 0,056 0,058 1,9 1,9 400 30-90 10000 — 1 15000 —
Ровинг (жгут) из стеклянных нитей ГОСТ 17139-79 25-50 200-250 0,047 2,3 440 - - -
Примечания' 1 Данные заимствованы из [61, 103]
2. Значения теплопроводности А.с, Вт/(м К), при заданных средних температурах и табличных значениях Ло и Р,Ю4 Вт/(м К2), подсчитываются по формуле ^c = M₽/('h3~O ПРИ ^изХ = 0°С и соответствуют отсутствию влаги в изделиях
3. Максимальная температура применения гмакс, “С, указана по нормам [22] и соответствует области действия лих норм (не свыше 440°C) Изделия, отмеченные индексом1, при /макс могут применяться также при более высоких температурах.
маниям под тействием нагрузок оз собсзнен-ного веса, случайных уларов и i и
При воздушной прокла хкс ipy6oiipono-дов и оборудования основными рекомендуемыми для из! отовления покровною с юн изделиями согласно нормам [22] являю н. я либо тонкие металлические тис гы. шбо стальные оцинкованные (по ГОСТ 7118-78 или ГОСТ 14918-80). либо чисты из алюминия и алюминиевых сп завов но I ОСТ 21631-76.
Допускается изготовление покровного слоя из тонколистовой кровельной стали по ГОСТ 17715-72к, но в этом случае с обязательным покрытом снаружи алюминиевой краской БТ-177
Покровные слои в виде металлических покрытий являются наиболее удобными в монзаже. полностью соответствуют эстетическим требованиям, а также наиболее долговечны в эксплуатации. Вместе с тем озззз гребу юз наибольших капитальных затрат но сравнению с другими видами покровных слоев, а при больших объемах изоляционных работ, характерных для прокладки трубопроводов на открытом воздухе, связаны с большими расходами дефинитных сортов металла Поэтому вне помещений вместо таких покрытий для изготовления покровных слоев используются более дешевые, но и менее зочговечные эластичные рулонные мазерпалы Обязательными требованиями, пре хъявляемыми к таким материалам, являются их тостаточпая тсмпературоусгой-чивоезь. несгораемость или по крайней мере грудная воспламеняемость, а также водонепроницаемость или малое водопоз лощение.
Ускорение производства работ на трассе сетей и повышение их качества могут быть зос ни нуты лишь при перенесении операций сборки основною и покровною слоев с трассы на заводы или производственные базы (домонтажная изоляция). При полном осуществлении такою индустриальною мезона и л отовтения изоляционных конструктах в процессе монтажа золжны использо-вазься от тельные грубы или плети из них с нанесенными конструкциями, с тем чтобы на трассе сетей осуществивтись только сварка груб или плетей между собой, изоляция с зыков между ними, а также монтаж и изоляция отводов, компенсаторов, арматуры и з п.
Домонтажная изоляция может выполни зз.ся с применением либо описанных выше п з зелий, либо специальных изоляционных конструкций монолитного типа, охватывающих грубу по всей ее длине. Последний спо-юб является наиболее индустриальным, но (нязапные с ним капитальные втожения мо
зу з бытз> оправданы зочзжо при больших объемах рабоз Полому при нрокнатке тепловых сетей на открыюм воз тухе, а зем битее в помещениях, мем способ пока нс наше! распространения В применяемых при заких типах прокладки конеiр\кпиях зомоп-зажпой изоляции на трасту iiocivnaioi конструкции, состоящие из мязкпх пип иолу-жеегких изделий л in ociiobiioi о г зон совместно С ИЗДеЛИЯМП З ЗЯ 1Юкро13|Ю| о с чоя из тонколистового мета зла и нз ззаезпчных рулонных материалов I счи из ie шя зчя основного и покровною с юсв поз з vпатоз скрепленными между собой ши ре и звом скоб или шплинтов, то такие коне зр\miiiii называются полносборными (шифр 1К| На зрассе такие конструкции накладывавши на трубопроводы и стягиваются б зн т.зжами Промышленное производство ч\ iijt.iaciio на базе мягких минераловатных и ш с з ек зоватных изделий (плит, матов противных и из вертикально-слоистых. полуцилиитрои И ПОЛЫХ цилиндров) в сочетании с юнко низовыми металлическими или полимерными покрытиями. Такие конструкции и позовчяю 1ся (ио ТУ 36-1180-78) длиной 500 -- 1000 мм и зол-щиной 40 — 70 мм для изоляции зрубопрово-дов с наружными тиаметрами 25-219 мм или толщиной 40—100 мм при диаметрах более 219 мм, а также для изоляции плоских или слабоискривленных поверхностей [61. 101] Теплопроводность таких конструкций принимается равной ее значениям для ociiobiioi о с юя зю табл 5 1
В качссзве наружных покрызий в по пю-сборпых коиезрхкциях при воздушной нро-к за тке по нормам |2'|| рскомсплхезся помимо онпсанны\ выше меча з отческих цокры-1ии применение ру зонных мазериалозз па
основе синзезнческих и зи прирезных полимеров, а именно сзек зопчасз ика рулонною марки РСТ (по ТУ 6-11-145-180), стеклотек-сзолита (по ГОСТ 10292-74 или ТУ 6-11-270-73), сгеклоцемента текстолитового (по ТУ 36-940-77), етеклорубероида (по ГОСТ 15879-70) и фольгоизола (по ГОСТ 20249-84). Максимальная температура применения таких конструкций составляет 400 ( (при использовании стекловатных из зе пзп 180 С).
В нормах [22] применение зюнюыюр-ных конструкций (по ТУ 36-1180 7.4) (,з ра-ничивается диаметрами зру6 2s 2 м > мм При средних и больших ш .мезрах ,з км< ино от 100 до 1400 мм. рскомгп । л з' i nipiimi полносборных KOHCI pc KIIIIII при ГоюроМ в качестве осиовзюз о с юн и. зю п .. ыр-
тикально-счоисI ЫС МШИ р.З I.ЧЗЛ I III.в м.ыы (по ГОС! 2111)7 78) i ч нм । и низ з. ‘nie parvpoii iipiiMcih инн "и < н|Ч1 |. in. huh
перечисленных выше покрытий из металлических листов или полимерных материалов.
В сборных (комплектных) теплоизоляционных конструкциях (шифр СТК) те же изделия для основного и покровного слоев поставляются не скрепленными, а только вложенными одно в другое. При монтаже на трубопроводах сначала устанавливаются изделия для основного, а затем для покровного слоя. Последние стягиваются монтажными бандажами, после чего продольные швы скрепляются самонарезающими винтами, а монтажные бандажи снимаются.
При подземной канальной прокладке применяются различные теплоизоляционные конструкции тепловых сетей для каналов с разными поперечными размерами воздушных прослоек между изоляционными конструкциями трубопроводов и строительными конструкциями каналов (см. гл. 17).
Согласно нормам [22] при прокладке тепловых сетей в проходных каналах (туннелях или коллекторах) следует применять те же конструкции основного слоя изоляции, что и для сетей, прокладываемых внутри помещений, а также в подпольях и подвалах зданий. Таким образом, для туннелей и коллекторов сохраняются характеристики рекомендуемых или допускаемых к применению для основного слоя теплоизоляционных изделий по табл. 5.1. Однако в части материалов и изделий для покровного слоя при прокладке в туннелях в нормах [22] имеются указания, несколько отличающиеся от оговоренных для воздушной прокладки; в частности при такой прокладке металлические покрытия не применяются.
Вместе с тем для покровного слоя при прокладке в туннелях нормами допускается применение изделий, не оговоренных для ус
ловий воздушной прокладки, в частности пленки винипластовой каландрированной марки КПО (по ГОСТ 16398-81), а также рубероида, дублированного или покрытого стеклотканью, при малых объемах работ даже асбестоцементной штукатурки по металлической сетке.
При прокладке водяных тепловых сетей в непроходных каналах для изготовления основного изоляционного слоя нормами [22] рекомендуются главным образом те же штучные изделия, что и при прокладке в туннелях, но не допускается применение для этого слоя жестких штучных изделий из совелита, вулканита, пенопласта ФРП-1, а также известково-кремнеземистых.
Такое запрещение объясняется большой шовностью конструкций из этих изделий, усложняющей их монтаж, а также присущим им сочетанием жесткости с большой плотностью, что при повреждении покровного слоя и крепежных деталей может привести к обвисанию и даже выпадению этих изделий на дно канала.
При прокладке тепловых сетей в непроходных каналах нормами [22] рекомендуется использование в качестве покровного слоя перечисленных выше рулонных материалов, кроме стеклоцемента и фольгоизола. Вместе с тем допускается применение стеклопластика марки ФСП (фенольный покровный) (по ТУ 6-11-150-76), а при условных проходах труб до 400 мм и температуре теплоносителя до 150 °C — кровельного рубероида РК-420 толщиной 2 — 3 мм (по ГОСТ 10923-82), хотя этот материал является сгораемым. Нормами [22] допускается применение в качестве покровного слоя при прокладке в непроходных каналах асбестоцементной штукатурки на металлической сетке.
Г .1 а в а шее /и а .ч
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ И АППАРАТУРА ТЕЛЕМЕХАНИКИ
6.1. Первичные приборы и измерительные преобразователи
Первичные приборы могут быть показывающими, сигнализирующими, самопишущими и с дистанционной передачей показания на расстояние (к вторичному прибору). К измерительным преобразователям относятся датчики и преобразователи, работающие в комплекте со вторичными приборами или регулирующими устройствами.
Измерение температуры
Измерение температуры теплоносителя осуществляется с помощью термометров, которые подразделяются на группы: термометры расширения, термоэлектрические преобразователи, термопреобразователи сопротивления.
Термометры расширения подразделяются на жидкостные, дилатометрические и манометрические.
53
Таблица 6 1 Характеристика технических термометров стеклянных (ГОСТ 2823-73, с изм )
Наименование Тип термометра
Ртутный ТТ Жидкостный ТТЖ
прямой угловой прямой vr ювой
Пределы измерения, °C (в скобках — цена деления, °C) — 30 1-50 (0,5 или 1) 0 - 100(1) 0 — 160(1 или 2) 0 — 200( 1 или 2) -35- +50(2) 0-50(1) 0-100(2) 0-150(2) 0-200(2)
Длина верхней части, мм 160 или 240 100 НО, 160 и 220
66, 103, 163, 253 104, 141. 201, 291 60, 80. 100, 120 160, 200, 250 НО, 130, 150, 170, 210, 250
Изготовитель } Клинский термометровый завод Лохвицский приборостроительный завод (Полтавская обл )
Характеристика жидкостных технических термометров расширения приве гена в табл 6 1 Используются эти термометры в оправах и без них Оправы для стеклянных термометров выпускаются двух типов — прямые типа ОТП и угловые типа ОТУ Карман noi ружаемой нижней части до температуры 200 ПС изготовляется из стали 20 (ио ГОСТ 1050-60)
Термометры ртутные стеклянные электроконтактные применяются для сигнализации или поддержания постоянной заданной температуры от — 30 до + 300 СС в промышленных и лабораторных установках тип ТЗК — с заданным постоянным рабочим контактом, тип ТПК — с подвижным рабочим контактом Коммутируемая мощность тока — не более 1 В А при токе не более 0,04 А и напряжении не более 220 В Длина наружной части дзя термометра ТЗК № 1 — 5 210 мм, №6-7 155 мм то же для ТПК — 330 мм Д шна погружной части для ТЗК - от 83 до 1033 мм. зчя ТПК — от 66 до 441 мм
Термометры дилатометрические применяются в качестве реле для сигнализации или звухпозиционного регулирований температуры во 1ы К таким приборам относятся реле температурные тилатометри-ческие типа РТ-200 с характеристиками предел измерения 25-200 С погрешность измерения +5 С Изгоговигель — Киевский завод аналитических приборов
Термометры манометрические состоят из гермосистемы, включающей термобаллон, соединительный кагшл 1яр, чувствительный элемент и пока зывающег о, самопишущего или сигнализирующею устройства В зависимости от заполнителя iep-мосистемы манометрические гермомсгры
могут быть газовыми жидкостными и конденсационными (парожи ткостными)
Техническая характеристика термометров без сигнализирующего устройства представлена в табл 6 2
Термометры с обозначением ТГ2С и ТЖ2С имеют запись двух температур Привод тиаграммы самопишущих термометров с обозначением 711 — от электродвигателя с напряжением 220 В переменного тока, а с обозначением 712 — от часового механизма с заводом на 8 сут Диаметры термобаллонов 12-20 мм
Манометрические термометры с сигнализирующим устройством (электроконтактные) предназначены для сигнализации или позиционного регулирования при отклонении температуры от заданного диапазона устанавливаемого с помощью задающей стрелки К ним относятся термометры ТПП-СК, ТПГ-СК ТСМ-100, ТСМ-200
Характеристика давление измеряемой срезы — не более 6,4 МПа, пределы измерения 0-60 0-100, 0-150, 100-2003С, класс точности 2,5, длина капилляра 1,6 —2,5 м, глубина погружения термобаллона 125-500 мм, погрешность срабатывания 4°
Изготовители термометров ТПП.ТПГ — казанский завод тетоизмерительных приборов «Теплоконтроль», термометров ТСМ -сафоновский завод «Теплоконтроль»
Термоэлектрические преобразователи (старое наименование — термопары) имеют термоэлемент, который развивает термо-ЭДС, соответствующую температуре и измеряемую с помощью вторичных приборов - милливольтметров и потенциометров По материалу термоэлектродов элемента преобразователи используемые в во-гяных эепловых сетях, годятся на хромель-
54
Таблица 62 Техническая характеристика манометрических термометров
Наименование Преде 1 измерения С К iacc ТОЧНОС1и Д шна кап и 1 1яра м Глубина погружения термоба шона мм
Самопишущие газовые ТГС-711, ТГС-712 ТГ2С-711, ТГ2С-712 -50 - +50 -50 - +100 -50 - +150 1 16 2 5 4 6 10 16 25 160,200,250 315, 400 200, 250, 315 400 250 315, 400 315 400 500
0-100 50-150 1,5 25 500
0-150 0-200 1 25 500
( пмоиишущие жидкостные ТЖС-711, 1ЖС 712, ТЖ2С-711 ТЖ2С-712 0-50 1 1,6, 2,5, 4, 6 10 200, 250, 315, 400
- 50 - + 50 0-100 50- 150 1 1,6, 2,5, 4, 6, 10 125, 160, 200, 250, 315, 400
0- 150 -50- +100 1 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400
-50 - +150 0-200 1,5 80, 100, 125, 160, 200, 250
11ока »ывающие газовые ТПГ4 -50 - +50 -50 - +100 -50- +150 1 1.6, 2,5 4, 6 10 160, 200, 250, 315, 400 200, 250, 315, 400 250, 315, 400
50-150 0-100 1,5 16 25 315, 400 500
0- 150 0-200 1 40 630
Покапывающие жидкостные ТПЖ4 -50- -150 0-200 100-200 1 1,6, 2,5, 4, 6, 10 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400
-50 - +50 0-50 1,5 1,6, 2,5, 4, 6, 10 80, 100, 125, 160, 200, 250. 315 400
-50 - +50 0-100 50-150 1 100, 125, 160 200, 250, 315. 400
0-50 1 125 160 , 200 , 250, 315, 400
111и н ।и.иощие кон 1енсационные 1 К 11 160 0-50 0-120 1,5, 2,5 100-400
heinikiiii.iii.ic !азовые и жидкостные । irk । ричсским датчиком ТДГ-Э 1 1 -h > — 1,15 2.5 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400
Таблица 6 3 Техническая характеристика термоэлектрических преобразоваiелей
Марка преобра jo на 1 едя 1'раду и-ровка Предел измерения. С Максимальное давление. МПа Показатель тепловой инерции, с Д пина мою ажной час)и. мм Способ креп 1спия
ТХК-0515 ХК -50- +600 0.25: 0.4; 6,4 10; 20; 40 120; 160: 200; 250; 320; 400; 500 С передвижным штуцером (до 0.1 МПа) в защитно - монтажной гильзе
ТХ К-0806 ХК 0-600 0,2; 0,5; 4 Не более 210 160; 200; 320; 400; 500 Без штуцера или со штуцером М27х2,5
TXA-O5I5 ХА -50 +600 0,25; 0,4; 6.4 20; 40; 60; 120 120; 160; 200; 250: 320; 400; 500 С передвижным штуцером (до 0,4 МПа) и в защитно-монтажной гильзе
Ипотови гель: Луцкий приборостроительный завод.
Таблица 6.4. Стандартные градуировки шкал вторичных приборов
Наименование Материи т
Мель Платина
Сопротивление. Ом. при 0 С Градуировка (в скобках - с трое обозначение) 50 50М 53 (23) 100 100М (24) 10 10П (20) 46 (21) 50 50 П 100 100П (22)
Максимальный диапазон измеряемой температуры, С - 50 - +180 -200 - +600
копелевые и хромель-алюмелевые, при этом стандартные градуировки шкал вторичных приборов — соответственно ХК и ХА и изготовляются без чехла и со стальным чехлом.
Техническая характеристика термоэлектрических преобразователей представлена в табл. 6.3
Термо преобразователи сопротивления по принципу действия основаны на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Сопротивление, соответствующее температуре, измеряется вторичными приборами-.ют оме т рами и автоматическими мостами. В зависимости от материала чувствительного элемента термопреобразователи могут быть медными и платиновыми. Стандартные градуировки шкал вторичных приборов приведены в габл. 6.4.
Техническая характеристика термопреобразователей сопротивления приведена в табл. 6.5.
В настоящее время термопреобразователи сопротивления ТСМ-5071 заменены на ТСМ-0879, ТСМ-6097 — на ТСМ-0879-01, ТСМ-8012 — на ТСМ-1079. Аналогичная за-
мена произведена и для платиновых термопреобразователей.
Термопреобразователи сопротивления ТСМ-8012 и ТСМ-6114 используются для измерения только температурь! воздуха в помещениях. Термопреобразователи ТСП-5071 и ТСП-712 имеют модификации с двумя чувствительными элементами, которые подключаются к разным вторичным приборам или регулирующим устройствам. Изготовитель: Луцкий’ приборостроительный завод.
Монтаж термоэлектрических преобразователей и термопреобразователей сопротивления осуществляется с помощью патрубков (бобышек), привариваемых к трубопроводам, бакам, и штуцеров на защитной арматуре. Преобразователи устанавливаются на трубопроводах перпендикулярно потоку или под углом (или на изгибе) навстречу потоку. Рабочий спай термоэлектрического преобразователя должен находиться на оси потока. Длина рабочей части термопреобразователя сопротивления должна превышать радиус трубопровода на 50 — 60 мм. На трубопроводах малого диаметра для установки преобразователей необхо шмо предусматривать cool ветс т ву тощее расширение.
56
Таблица 65 Техническая характеристика термопреобразователя сопротивления
Марка термопреоб-разоватетя Гра туи ровка Пре теч измерения С Максима чь ное ча в челне МПа Пока затечь тепловой инерции с Д вша мои гажной части мм Способ крепчения
ТСМ-5071 23, 24 - 5() - + 1 50 0,4 6,4 20, 40 120, 160 200, 250 320, 400 500 Без штуцера или со in iynepoM М20 х 1
ТСМ-6097 23, 24 — 50 — + 1 50 0,4, 4 4, 30 80, 100 120, 160 200, 250, 320 500 1 leno хвижпыи шгу цер М20 х 1 5 коробки С КО ТОДКОИ [ 1Я зажимов проводов не I
К М-8012 23 0-5() 0 1 240 108 х 65 х 16 (габариты) Виты М4
К М 6114 23 -5() - + 100 0,1 120 110 (общая)
1(11 5071 21, 22 -200 - - +600 0,25, 0,4 6,4 40 120 160 200 250 320 500 Без штуцера
К 11-712 21 -50 - 1-400 2,5 15 60, 80, 100, 120 160, 200 250, 320 400 500 Н еп одв иж н ый ш гу цер М20х 1 5 пча вающий штуцер
1(11 6097 21, 22 -50- +150 -50 - +250 0,4, 4 9, 30 80, 100, 120, 160 200, 250, 320. 500 Неподвижный штуцер М20х 1,5, коробки с колодкой для зажимов проводов не г
Для преобразования сигналов в унифицированные ею налы постоянного тока О 5 мА выпускаются измерительные пре-i >1 >рд юва i ели ПТ-ТП-68 и ПТ-ТС-68 и дру-I не нормирующие преобразователи Погрешит ii. преобразования — 1 % Изготовитель О1И.ИПЫИ завох «Энергоприбор» (г Москва)
Измерение давления и перепада давлений
И1мсрепие давления и перепада давлении утес (вляется с помощью манометров п шффсрепциальных манометров По принципу П1мерения эти приборы подразде-iiiiniiH па пзе [руппы с упругими чувстви-н п.пымп шсмеиыми (деформационные) и * и ikih I иые
Приборы с упругими ч у в -। I и и । ( >i |. н ы м и ) цемента ми могут (•ни i 1р\бчаюи манометрической пружинил mi мор.шиые сильфонные Выпускаются HpiiOi.pii i 1111ЧС111ЫМ устройством без вы-• н|и| । i hi л,нш показывающие и самопи-нпппн in । пнче1ных устройств с этектри-|н । hi ин шым сигналом, с отсчетным
устройством и элек i рнческим выходным сигналом Техническая характеристика приборов с упругими чувсгвитс юными элементами приведена в табл 6 6 Привохы диаграмм для самопишущих манометров такие же, как и для самопишущих термометров (см табл 6 2) Напряжение электроконтактно! о устройства ЭКМ-IV — 220 В переменного или постоянною гока разрывная мощное ib контактов 100 В А
Приборы жидкостные, испо и. зуемые в водяных тепловых сетях, moixi быть поплавковые и с видимым уровнем Техническая характеристика поплавковых приборов (дифманометров) привс ина в табл 6 8 (в обозначении типа прибор! бук ва Р не указывается) а характерце шка при боров с видимым уровнем привс тепа в табл 6 7
Перед манометрами обязательна ycia новка трехходового крана а у мена пзмсре ния — кчапана При выборе манометров с ц дует учитывать, что верхнее значение шка па должно превышать максима льну ю ветчину измеряемого давления при плавно изменяю щейся нагрузке в 1,5 раза и при резко ко ц.
Таблица 6.6. Техническая характеристика приборов с упругими чувствительными элементами для измерения давления (перепада давлений)
Наименование Тип, модель Класс точности Диаметр корпуса или ибариты. мм Предел измерения, МПа И 31 О ЗОВИ)С и>
Манометры общего назначения показывающие ОБМ1-ЮО 2,5 100 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4 Томский манометровый завод
ОБМ1-160 1,5 160
МП-5 1,5 250 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4
Манометры образцовые показывающие МО, 11201 МО, 11202 0,4 160 0,1: 0,16, 0,25; 0,4; 0,6; 1, 1,6; 2,5; 4; 6 Завод «Мано- мсзр» (г. Москва)
Манометры самопишущие с трубчатой пружиной МТС-711. МТС-712 1 280 х 340 х 125 0,06; 0.1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,6: 1; 1,6; 2,5; 4 и выше Завод «Теплокон-। ро иь» (г. Казань)
Манометры самопишущие с трубчатой пружиной двухзаписные МТ2С-711 МТ2С-712 1 280 х 340 х 125
Манометры электрические бесшкальные с дифференциально-трансформаторным выходом мэд 22364 1; 1,5 160 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,6 Завод «Мано- метр» (г. Москва)
мэд 22365 1; 1,6; 2,5; 4
Манометры пружинные электрические бесшкальные с выходом 0—5 мА мпэ 1 212 х 240 х 190 4 и выше Завод «Теплокон-троль» (i. Казань)
Манометры пружинные показывающие сигнализирующие двухпозиционные ЭКМ-IV 1,5 160 0,1; 0,16; 0,25; 0.4; 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4 и выше Томский манометровый завод
Манометры показывающие с электрической дистанционной передачей МП4-У1 1; 1,5 160х 130 Завод «Теплокон-троль» (г. Казань)
Манометр мембранный электрический бесшкальный с выходом 0—5 мА ммэ 1 240 х 210x223 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1; 1,6; 2,5
Дифманомеры мембранные электрические бесшкальные с выходом 0 — 5 мА дмэ (перепад) 1; 1,5 538 x 268x 362 4; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160, 250; 400, 630 кПа То же
58
Продолжение табл. 6.6
Наименование Тип, модель Класс точности Диаметр корпуса или габариты, мм Предел измерения, МПа ' Изготовитель
Дифманометры мембранные электриче-ские с выходом 0 — 5 мА ДМ-Э1 1; 1,5 351 х 315x675 0,16; 0,25; 0.4; 0,63; 1 кПа Завод «Теплопри-бор» (г. Рязань)
ДМ-Э2 1; 1,5 345 х 253 х 500 1; 1,6; 2,5; 4; 6.3 кПа
Дифманометры сильфонные электрические с выходом 0 — 5 мА дс-эз 0,6 480x270x225 4; 6,3; 10; 16; 25 кПа
ДС-Э4 1 40; 63; 100; 160 кПа
ДС-Э5 1,5 250; 400; 630 кПа
I а блица 6.7. Техническая характеристика жидкостных приборов с видимым уровнем для измерения давления (перепада давления)
Наименование Марка Класс точности Цена деления Предел измерения, кПа Предельное рабочее давление, МПа Габариты, мм
Дифманометр двух-трубный стеклянный ДТ-5 1,5 10 Па (1 мм) 2,6 0,5 635 х 240 х 165
ДТ-50 1,5 0,25 кПа 150 5 1130х290х 165
И поговитель. Дубненский завод счетных машин (г. Лубны).
блющейся — в 2 раза; минимальное измеряемое давление должно быть больше 1/3 предела шкалы.
Измерение расхода и количества воды
Измерение расхода и количества воды в водяных тепловых сетях осуществляется расходомерами переменного перепада давления, электромагнитными (индукционными) расходомерами и скоростными счетчиками (интеграторами), показывающими массу или объем воды, прошедшей через прибор за какой-либо промежуток времени (час, сутки и т. д.).
Расходомеры переменного перепада давления являются измерительными комплектами, состоящими из сужающего устройства, дифференциального манометра, соединительных трубок со вспомогательными устройствами (уравнительные сосуды, клапаны и др.) и вторичного прибора.
В тепловых сетях применяются стандартные сужающие устройства — нормальные диафрагмы, не требующие индивиду-
альной градуировки. Основные данные и методика расчета стандартных сужающих устройств приведены в «Правилах измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами» РД50-213-80 Государственного комитета СССР по стандартам.
Диафрагмы изготовляются на заводах по данным заказчика в специальном опросном листе, заполняемом им и являющимся юридическим документом заказа.
Диафрагмы — камерные типа ДК. в которых отбор давлений осуществляется из кольцевых камер, чем обеспечивается большая точность и удобство измерения, и бес-камерные типа ДБ, в которых отбор давлений осуществляется через отдельные отверстия.
По ГОСТ 14321-73 камерные диафрагмы изготовляются на ру = 0,6; 1,6; 2,5; 4; 10 МПа для трубопроводов с Dy — 50; 65; 80; 100; 125; 150; 200; 250; 300; 400; 500 мм. Бескамерные диафрагмы по ГОСТ 14322-73 изготовляются на ру = 0,25; 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4 МПа для трубопроводов с Dy 400; 500; 600; 800; 1000; 1200; 1400 мм.
В комплекте с сужающим устройством
59
по опросному листу заводы-изготовители и с упругим чувствительным элементом поставляют дифманометры, которые могут (мембранные, сильфонные). быть измерительным прибором или датчи- Техническая характеристика дифмано- ком. По принципу действия дифманометры метров приведена в табл. 6.8 — 6.10. могут быть жидкостными (поплавковые) Верхний предел измерения по шкале Таблица 6.8. Техническая характеристика поплавковых дифманометров-расходомеров (заполнитель поплавкового сосуда—ртуть)
Тип Наименование Предельные перепады давления, кПа Ста।ическое давление измеряемой среды, МПа Olпоипа я по- 1 ройное 1 1.. верхпоо предела и1мерсппя
ДП-710Р Самопишущий, привод диаграммы электрический 6,3: 10; 16; 25; 40; 63; 100 25 ± 1,0
ДП-710чР То же. но привод от часового механизма
ДП-712Р Самопишущий с интегратором
ДП-78ОР Показывающий
ДП-781Р То же с интегратором
ДП-778Р То же с сигнальным устройством
Изготовитель: завод «Теплоконтроль» (г. Казань).
Применение в открытых системах теплоснабжения и в системах горячего водоснабжения расходомеров с ртутным заполнителем не допускается.
Таблица 6.9. Техническая характеристика мембранных дифманометров-расходомеров
Марка дифманометра Наименование Пределы измерения перепада давления, кПа Выходной сигнал Класс точности Допустимое давление измеряемой среды. МПа С какими устройствами ис-пользуося Изготовитель
ДМ-3564 Невзаимозаменяемый 1.6; 2,5; 4; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63 и выше - 1,6 6.3 Вторичные приборы вмд, ДС1 Завод «Манометр» (г. Москва)
ДМ-23573 Взаимозаменяемый 0-10мГ 1 : 6.3 Вторичные приборы КСД2; регулирующие устройства МЗТА
ДМ-ЭР1 ДМ-ЭР2 Взаимозаменяемый с квадратичным преобразователем 1,6; 2.5; 4; 6,3; 10 0—5 мА 0-20 мА постоянного тока 1; 1,5; 2.5 0,25 Агрегатные комплексы ГСП Завод «Теп-лонрибор» () Рязань)
10; 16; 25; 40; 63 1; 1,5; 2,5 1
ДМ-ЭР 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63 и выше 0— 5 мА постоянного тока 1,5 40 Pei улирую-щие yci poiici-ва МЗТА (РС29.1) Завод «Теп-IOKOII 1-ро । н.» О Кашнь)
60
Таблица 6 10 Техническая характеристика сильфонных дифманометров-расходомеров
Марка Наименование Пре ге 1ы измере! ия псрепа ча дав тения кП 1 Кп кс 1 04 ности lolIVCl И мое мв 1ение и змсряе мои сре ды МПа С какими ус 1ропсГВ1МИ пело 1ьз\ется И зготовите ib
ДС-ЭРЗ Бесшкальный с электрическим датчиком постоянного тока 4 1,5 10 Агрегатные комптекс ы ГСП Завод «Теп то прибор» (г Рязань)
6 3 10 16 25 1 1 5
ДСЭР 100 ДС ЭР-160 ДС ЭР-250 Д( ЭР 400 Бесшкальный электрический 1 1,6, 2 5 4 1 5 0 025 Регулир}ю шие устройства МЗТА (РС29 1) Завод «Тепло-контроть» (г Казань)
ДС п 71 Показывающий 6 3 10 16, 25 40, 63 1, 1 5 16 - То же
Д( II 71 Ин Го же с и нгеч ритором
Д< П 71Сг Го же с сигнальным устройством
ДСС-71 1 ДСС-712М Самопишущий
ДСС-711 Ин То же с интег ра-тором
ДСС-71 1 Ин-2С То же с интегратором и допо 1-нитетьной записью давдения
гифмаиометров-расходомеров выбирается из ря га А = а 10" i те u = 1 1,25 1,6,2 2,5 3,2 4, 5, 6 3 8, и — не юе число (больше или меньше нудя) ити путь Единицы измерения кг/ч, т/ч, м3/ч
Элемромагнитные (индукционные) расходомеры применяются для измерения расхода жидкостей с удельной электропроводноегью не менее 10 3 См/м при условии отсутствия в них ферро магнитных частиц
Из выпускаемых промышленностью индукционных расходомеров в тентовых пунктах потребите чей применяется расхо юмер ИР-51 Талтинского приборостроитетьного завода
Прибор состоит из датчика (первичною преобразователя расхота), устанавливаемого на трубопрово ie, и измерительного блока монтируемого на щите контроля Датчики выпускаются с условными проходами Dy и верхними преде шми измерений G, р Dy мм 10 15 25 50 80
Gnp м1 ч 0 32-2 5 0 8-6 2-16 8 60 20 160
Dy мм 100 150 200 300
Gnp м3 ч 32 250 80-600 125-1000 320-'’500
Основная погрешность приборов 1 % Максимальная рабочая температура изме-
ряемой среды чтя датчиков с резиновым покрытием 70 С с гмалевым покрытием 150 С Максимальное рабочее давтение 2 5 МПа Измеритетьныи блок имеет шкату отградуированную в процентах, и на выходе - унифицированный сигнал постоянного тока 0 — 5 А В настоящее время заводом ocboqh расходомер ИР-61
Скоростные счетчики и расхо i и м е р ы в о г ы различаются по тип\ чувствитетьного гпемента (крыльчатые т\р бинные) и температуре измеряемой во (ы (ко точная торячая) Техническая характерп стика счетчиков во ты крыльчатых типа УВК и турбинных типов ВТ (до 30 С) и BIГ (то 90 С), выпускаемых Кировобадским приборостроительным заводом, предстшдена в табд 6 11
В настоящее время освоен вып\ск новых типов во досчетчиков — крыльчатых типа ВСКМ диаметром 20 — 40 мм и турбинных СТВ (для холодной воды) и СТВГ-1 (тля горячей воды)
Монтаж сужающих устройств на трубопроводах и обвязка дифманометров соединительными диниями должны осуществляться сотласно Правилам РД 50-213-80 На тр\бо проводе должны иметься прямые участки -
61
Таблица 6.11. Техническая характеристика счетчиков воды (предельное допустимое давление 1 МПа)
Наименование Счетчики крыльчатые типа Счетчики турбинные типа
УВК-20 УВК-25 УВК-32 УВК-40 ВТ-50, ВТГ-50 ВТ-80, ВТГ-80 ВТ-100, ВТГ-100 ВТ-150. ВТГ-150
Диаметр условного прохода, 20 25 32 40 50 80 100 150
мм
Предел измерения, м3/ч: 150
номинальный 1,6 2,2 3,2 6,3 15 42 70
(при потере давления 0,01 МПа) наименьший 0,06 0,08 0,10 0,17 1,6 3,0 4,5 7,0
наибольший 2,5 3,5 5 10 30 84 140 300
(не более 1 ч в сутки)
Порог чувствительности, 0,025 0,035 0,05 0,10 0,7 1,2 2 3
М3/ч Допустимая нагрузка за сутки, м3 17 25 35 70 290 965 1440 3000
Диапазон расходов при погрешности: + 5 % (не более) 0,06- 0,08- 0,10- 0,17-1 1,6-4 3-8.4 4,5-14 7-30
0,25 0,35 0,50
±2% (не более) 0,25-2,5 0,35-3.5 0,5-5 1-10 4-30 8,4-84 14-140 30-300
до диафрагмы и после нее. Длина их зависит от модуля диафрагмы и вида местных сопротивлений. При необходимости возможно сокращение длин прямых участков до диафрагмы (но не менее 10 £>). При этом должны быть учтены дополнительные погрешности в показаниях приборов.
Датчик индукционного расходомера ИР-51 может устанавливаться как на горизонтальном, так и на вертикальном трубопроводе при условии его полного заполнения водой. Датчик с измерительным блоком соединяется экранированным кабелем в стальной заземленной трубе, расстояние между ними — не более 100 м (до 5-Ю-2 См/м) и 10 м (до 10~3 См/м). При установке скоростных счетчиков воды требуется наличие прямого участка длиной перед ними 8 —10 D и после них 3 — 5 D. Перед счетчиком устанавливаются фильтры для очистки воды от твердых частиц.
Измерение расхода и количества тепловой энергии
Измерение расхода и количества тепловой энергии, отпущенной из теплоисточника 62
и потребленной теплопотребляющими установками, осуществляется тепломерами и теплосчетчиками.
Таллинским приборостроительным заводом выпускается комплект приборов, который состоит из индукционного расходомера ИР-61. дв}х термометров сопротивления ТСП-5071 и блока обработки сигналов (БОС). В данном комплекте тепломер — однопоточный, двухточечный. Разность температур измеряется термометрами сопротивления. Температура измеряемой среды 60— 150"С и 30 —70°C. Пределы измерения расхода воды и диаметр условного прохода соответствуют данным расходомера ИР-61. Блок обработки сигналов включаег цифровой интегратор.
Киевский опытный завод «’Энглов» изготовляет измерители расхода i оплоты ИРТ-30, состоящие также иг расхо юмера воды (электромагнитного или лифманомет-рического), двух термомег ров coiipoi ивлепия ТСМ-5071 градуировки 100М в подающем и обратном трубопроводах и >лек тропного счетно-решающею устройства.
6.2. Вторичные приборы
Основные типы вторичных приборов и их характеристика представлены в габл. 6.12.
Вторичные приборы устанавливаются на щитах и пультах, которые помещаются в местах, удобных для обслуживания и наименее подверженных, вибрациям и влиянию мощных источников электромагнитных полей (электродвигателей и др.).
6.3. Приборы автоматического регулирования и автоматические регуляторы
Основные типы автоматических регуляторов
Авюматические регулирующие устройства служат для регулирования теплового и । ндравлического режимов работы тепловых се1ей и теплопотребляющих установок.
Регулятор и объект регулирования со-С1авляют систему автоматического регулирования (САР), которая может осуществлять pei улирование по отклонению ре1улируемо-lo параметра, по компенсации возмущения (ншрузки обьекта/ и комбинированное — по О1клонению и но возмущению.
По реализуемому закону регулирования ре1учя1оры могут быть астатическими (ин-ICI ральпымм, обозначение закона — И), статическими (пропорциональными — П), изодром-ными (пропорционально-интегральными — ПИ), позиционными. По наличию и роду используемой для работы энергии они могут быть прямого действия (без использования вспомогательной энергии) и косвенного (непрямого) действия — электрическими и гидравлическими.
В тепловых пунктах до недавнего времени преимущественное применение имели I идравлические регуляторы прямого действия, основную работу по созданию которых провели объединение «Союзтехэнерго» и Теплосеть Мосэнерго.
Регуляторы прямою действия более просты по устройству, но поддерживают заданные параметры регулирования с пониженной точностью. Точность их работы в значительной мере зависит от качества наладки на рабочем месте.
В последние годы в связи с необходимостью обеспечения более экономичной работы потребителей путем регулирования отпуска теплоты в тепловых пунктах и созданием специализированных служб по эксплуатации оборудования тепловых сетей стали применяться более совершенные и точ
ные электрические (электронные) регуляторы и исполнительные устройства.
Техническая характеристика автоматических регуляторов (или приборов, составляющих комплект регуляторов) приведена в табл. 6.13.
Регуляторы прямого действия гидравлические
Чувствительным элементом регуляторов типа РД и РР является сильфон. Чугунный корпус регуляторов рассчитан на давление 1 МПа. Регуляторы монтируются на трубопроводе вертикально сильфонной камерой вверх, характеристика их приведена в табл. 6.14.
Регуляторы типа УРРД выпускаются заводом «Теплоприбор» (г. Улан-Удэ), рассчитаны на условное давление 1,6 МПа и температуру регулируемой среды до 180 °C. Зона нечувствительности составляет 1 — 2,5%, зона пропорциональности — 12 — 20% верхнего предела настройки, который может быть 0.1; 0,25; 0,4; 0,6 МПа. Новая модификация прибора тина УРРД-М отличается тем, что имеет одну пружину на все диапазоны настройки и меньшую зону пропорциональности (5 %). Коэффициент пропускной способности и масса регуляторов составляют: при диаметре условного прохода 25 мм — соответственно 6 т/ч и 28 кг, при диаметре 50 мм — 25 т/ч и 29 кг, при диаметре 80 мм — 60 т/ч и 52 кг. Схемы включения показаны на рис. 6.1.
Регуляторы давления типа 21ч10нж с чугунным корпусом и типа 21с10нж со стальным корпусом получили применение в тепловых пунктах на трубопроводах холодной воды для регулирования давления «после себя». Рабочее давление 1,6 МПа. Характеристика регуляторов представлена в табл. 6.15.
По данным табл. 6.15 для заданного диапазона регулируемого давления выбираются номер исполнительного механизма и масса груза. Для горячей воды из-за громоздкости и неплотности клапанов эти регуляторы не применяются.
Регуляторы прямого действия манометрические
Ре1уляторы температуры типа РТ имеют диаметры условного прохода 15, 20, 25. 32, 40, 50, 70. 80 мм. Коэффициенты пропускной способности соответственно этим диаметрам 2.5; 4; 6, 10; 16, 25; 40; 60 т/ч. Длина капилляра может
63
Таблица 612 Типы и характеристика вторичных приборов
Измеряемая величина Первичным прибор ичп преобразова1ель Наименование вторичною прибора Тип вторичного прибора Класс точности Преле 1ы измерения Из1 отовитель
Температура • Термоэлетрический преобразователь (см табл 6 !) Милливольтметр показы вающий Ш4500 М-64 1 1 5 По ГОСТ 9736-68 ПО «Электроприбор» (i Ереван)
Милливольтметр показывающий и регулирующий Ш4501, М 64-02
Потенциометр электронный показывающий и самопишущий (запись на ленточной диаграмме) КСП-2 (число точек измерения 1 1 6 12) По показаниям 0,5, по записи 1 При градуировке ХК - 50 - 4 50 °C -50 - +100 -50 - + 1>0 -50 - +200 0-100 0-150 0-200 С при градуировке ХА 0 - 400 °C Завод «Львов-прибор» (1 Львов)
Потенциометр электронный показывающий и самопишущий (запись на складывающейся диаграмме) КСП-4 (число точек измерения 1, 3 6 12) По показаниям 0,25, 0,5, по записи 0,5
Термопреобразователь сопротивления (см табл 6 5) Логомегр Ш69000, Л-64 1 5 по ГОСТ 9736 68 ПО «Электроприбор» (г Ереван!
Логометр с pei улирующим устройст вом Л-64-02
Мост электронный показывающий и самопишущий (запись на ленточной диа грамме) КСМ-2 (число то чек измерения 1 3, 6, 12) По показаниям 0,5 по записи 1 При градуировке 53 -50 - +50 °C -50 - + 100 0-50 0-100 0-150 0- 180 50-100 °C Завод «Львов-прибор» (i Львов)
Мост электронный показывающий и самопишущий (запись на складывающейся диаграмме) КСМ-4 (чисто то чен измерения 1 3, 6. 12) То же При градуировке 100М -50 - +50 °C -50 - + 100 Завод «Манометр» (г Москва)
Водяные теп.ювые сети
То же То же То же
Давление, перепад давления, расход, уровень Манометр МЭД (см. табл. 6.6) Дифманометр ДМ-3564 (см. табл. 6.9) Прибор показывающий с ди фферен циал ьно-транс-форматорной схемой
Прибор показывающий и самопишущий с дифферен-циаль но-трансфо рма торной схемой
Дифманометр ДМ-23573 То же
То же Т ? же -25 - -г 25 0-25 0-50 0-100 0-150 50-100 0-180 °C То же
При градуировке 10П 0-300 °C
При градуировке 46: -70 4- +180 °C 0-100 0-150 0-200 °C
При градуировке 100П: -90 4- + 50 ПС -70 4- +180 -25 + +25 0-50 0-100 0-150 0 — 200 С
ВМД 4882-12 для расхода; ВМД 4882-00 для давлений 1 Согласно стандартному ряду для давлений, расхода, уровней Завод «Автоматика» (г. Ки-ровакан)
ДС-1 1 То же Завод «Манометр» (г. Москва)
КСД-2 (КСД-002 для расхода; КСД-001 для давлений) По показаниям 1; по записи 1 То же . Завод «Львов-прибор» (г. Львов)
Таблица 6.13. Автоматические регуляторы, применяемые в сиоемах теплоснабжения и отопления
Типы регуляторов или приборов, входящих в комплект регуляторов, при различных принципах их действия
Параметр pei улирования Прямого действия Косвенного действия
Гидравлические Манометрические Гидравлические Электрические
Датчик, регулирующий прибор Исполнительное устройство Датчик Регулирующий прибор Исполнительное устройство
Давление воды РД — РД-За, односи-льфон-ная сборка РК-1 ММЭ; МЭД или ДМ-Э; ДС-Э (см. табл. 6.6) Р25.1; РС29.1 25ч939нж; МЭО и др.
УРРД УРРД РП4-У
21ч10нж РП4-П
Расход, перепад давлений РР РД-За, трехси-льфон-ная сборка РК-1 ИР-61; диафрагма и ДМ-23573 или ДМЭР (см. табл. 6.9); ДМЭ (см. табл. 6.6) Р25.1; РС29.1
УРРД (с диафрагмой для расхода) УРРД РП4-П
РП4-У
Температура воздуха в отапливаемых помещениях — РТК-2216 — ТСМ (см. табл. 6.5) Т-48; Т-48М ЭРТ-1
РТЭ
Температура воды на отопление согласно отопительному графику РТ-2217 ТСМ Р25.2; РС29.2 Т-48; Т48М 25ч939нж; МЭО и др.
РТ-2217-ЭР ЭРТ-1; ЭРТ-5
«Электроника Р-1М»; ЭРСА; САРТ
Температура воды на горячее водоснабжение РТ РТ-ДО, РТ-ДЗ ТРБ-2 РР ТСМ Р25.2; РС29.2 25ч939нж; МЭО и др
ТМП РК-1 РП4-Т
УРРД РТЭ
РТБ «Электроника Р-2»
быть 1,6; 2.5, 4. 6 и 10 м. Пределы настройки pei у пирования 0-40; 20 — 60 ; 40 — 80; 60-100; 100 140; |40-180°С. Условное давление 1 МПа ( пя диаметров 70 и 80 мм 0,6 МПа). Зона нечувствительности — не более 1 °C. Зона пропорциональности — не более 10°C. Точность регулирования зависит также и от темпера гуры теплоносителя, что является недосгшком этих регуляторов.
Изготовитель — сафоновский завод «Теп локонтроль».
ПО «Промприбор» (г. Орел) разработаны регуляторы PT-ДО и РТ-ДЗ (взамен pei \ ляторов типа РТ), которые имеют бон, широкий диапазон настройки (от 0 !
180 °C) и являются ремонтопригодными
Регуляторы температуры при мого действия РТ-2217 и РТК-.”1'
66
Рис. 6.1. Схемы включения гидравлических регуляторов прямою действия типа УРРД при регулировании:
а — давления «после себя», б — давления «до себя»; в — расхода, ДШ — дроссельная шайба
I пблица 6.14. Техническая характеристика pci уляторов прямого действия типа РД и РР
Марка регулятора Диаметр условного прохода, мм Зона нечувствительности, кПа Коэффициент пропускной способности т/ч Рекомендуемый расход воды, Т/Ч Масса, кг
РД-50 50 10-18 19 0-12 30
1’Д-КО 80 10-18 44 12-45 88
РР 25 25 5 5 0-21 11
|»|*-40 40 5 12 2,1-4 21
РР 50 50 5 22 4-8 30
РР КО 80 5 52 8-25 88
РР 100 100 5 83 25-60 113
цредшнначены для регулирования отпуска 1ЯНЛ01Ы системам отопления жилых, общее I исннг.гх и производственных зданий.
Регулирующий орган может быть двухходовым проходным (ДП) или трехходовым смесительным (ТС).
Регулятор РТ-2217 имеет два датчика — температуры воды на отопление и температуры наружного воздуха, осуществляет регулирование по принципу компенсации возмущения и обеспечивает регулирование температуры воды по отопительному графику с параметрами от 85/70 °C до 115/70 °C.
Регулятор РТК-2216 имеет три датчика: два — температуры воздуха в двух представительных помещениях здания и один — температуры наружного воздуха (корректирующий датчик, действие которого проявляется лишь в переходный период отопительного сезона).
Техническая характеристика регуляторов приведена в табл. 6.16.
Регуляторы рассчитаны на применение для систем отопления с присоединением к
Таблица 6.15. Техническая характеристика регуляторов 21ч10нж, 21с10иж
Данные для выбора исполнительного механизма Данные для выбора регулятора
Днипнзон р*1 у тируемого диилсиия. Ml In Диапазон диаметров условного прохода, мм № Диаметр, мм Масса, кг Масса груза, кг Диаметр устов-КОГО прохода, мм Масса регулятора, кг т/ч
21ч10нж 21с10нж
0.1 5 0.65 3 385 20,5 12 40 60,6 62 25
O.ftS 0,85 3 385 20,5 17 50 61,3 66,7 40
U.N1 1,0 3 385 20,5 21 80 77,5 83,3 100
1,0 2,0 40-200 2 235 8 8 100 89,6 101,2 160
2,0 2.5 2 235 8 11 150 131,9 152,4 360
J.5 V5 2 235 8 18 200 244,3 282 640
1 1 s 2 235 8 30
5 M 40-150 1 195 5 17 В табл. 6.14—6.18 коэффициент
200 2 235 8 17 — коэффициент пропускнойспо-
сооности численно равен расходу
h 40- 150 1 195 5 21 через полностью открытый клапан
Hi |l 1 195 5 30 при перепаде давлений на нем
0,1 МПа
6/
Таблица 6.16. Техническая характеристика регуляторов темпера1уры прямого действия
РТ-2217 и РТК-2216
Марка perулятора Диаметр условного прохода, мм Диапазон настройки, "С, при наружной температуре, "С Зона нечувст-вительно-сти, С Зона пропорциональности. °C Посюян-ная времени, с Коэффициент пропускной способности, т/ч
от — 40 до - 15 0
РТ-2217-ДП РТ-2217-ТС 25; 32; 40; 50; 65 От 85 до 115 От 45 до 70 1,6 10 (при ходе 3,5 мм) 100 6,3; 10; 13,5; 16; 25 (соот-ветственно диаметрам)
РТК-2216-ДП РТК-2216-ТС 18-24 0,5 60
Таблица 6.17. Технические данные клапанов РК-1
Наименование Диаметр условного прохода, мм
50 70 80 150 200 250 300 350 400 500 600 700
Я\., т/ч 25 50 60 250 400 600 900 1200 1600 2500 3600 4900
Масса, кг 46 52 55 204 314 356 501 614 1110 1138 1982 2296
Допускаемая протечка при перепаде 0,1 МПа, % Kv 0,01 0,005
Изготовитель Завод «Теплоприбор» (г. Улан-Удэ) Полтавский турбомеханический завод
тепловой сети с помощью насоса смешения или водонагревателя. Для систем отопления с элеваторным присоединением разработана модификация РТ-2217-ЭР, в которой вместо регулирующего клапана применен элеватор с регулируемым соплом конструкции Мос-спецпромпроекта.
Изготовитель термосистем — ПО«Пром-прибор» (г. Орел), изготовитель регулирующих органов и комплектная поставка регуляторов РТ-2217 и РТК-2216 — завод «Теплоприбор» (г. Улан-Удэ).
Регуляторы косвенного действия гн драв ли ческие
Реле давления РД-За является изме-рительно-управляющим устройством и рассчитано на работу в комплекте с регулирующими клапанами, оборудованными мембранно-пружинным исполнительным механизмом типа РК-1 или УРРД. Регулятор РД-За выполняется в двух модификациях: односильфонная сборка — для регулирования давления и уровня в открытых емкостях; трехсильфонная сборка — для регулирования перепада давления, расхода и уровня в закрытых емкостях.
Техническая характеристика: давление регулируемой среды — до 1,6 МПа; давление
(перепад давлений) рабочей среды 0,2 — 1,0 МПа: расход рабочей среды 15 — 30 л/ч; пределы настройки 0,01 — 0,16; 0,06 — 0,25; 0,17-0,5; 0,6— 1,6 МПа; зона пропорциональности — до 6% верхнего предела настройки; зона нечувствительности — 0,5 % верхнего предела настройки.
Ре1улирующий клапан РК-1 является односедельным запорно-регулирую-щим исполнительным устройством. По схеме сборки золотника клапан РК-1 можег быть нормально-открытым и нормальнозакрытым. Основные схемы включения комплекта клапана РД-За и РК-1 показаны на рис. 6.2. Характеристики клапанов РК-1: давление и температура регулируемой среды — до 1,6 МПа и до 200°С, управляющее давление 0,03 — 1 МПа, остальные технические данные приведены в табл. 6.17.
Термореле ТРБ-2 (конструкции Мосэнерго) является также измерительно-управ-ляющим устройством, но рассчитано на работу только в комплекте с клапаном типа РР (в связи с малым объемом его надсильфонной камеры). Изготовляется заводом «Сантехоборудование» (г. Москва), заводами «Коммунальник» (г. Гомель, г. Рига).
Да1чик> температуры малоинерционный типа ТМП является из-
68
Рис, 6.2. Схемы включения гидравлических регуляторов косвенного действия при регулировании:
и лпнчспия «после себя», б — давления «до себя», « — перепада давлений, /—реле давления 1'Д '‘I, олиосильфонная односопловая сборка, нормально-открытый клапанок, 2 — то же, нормально-iiupi.iIi.iй клапанок; 3 — реле давления РД-За, грехсильфонная односопловая сборка, нормальнооткрытый клапанок; 4 — регулирующий клапан РК-1 нормально-открытый
м₽ри1С1||.но-управляющим устройством, рас-t'Mii । ш гным на работу с клапанами с мембранным гидроприводом типа РК-1, УРРД Характеристика прибора ТМП: давление ретушируемой среды 1,6 МПа, диапазон настройки - от 10 до 150 °C, зона пропор-iIHoiiii ii.iioc г и — до 6°С, зона нечувствительное । и до 0,5 °C, давление рабочей среды — in 0,2 до I МПа. Изготовитель — завод н 1₽11’1<1нрибор» (г. Улан-Удэ).
I* г । у и я т о р температуры блоч-И ы II । и и а РТБ состоит из датчика ТМП н pei у пирующего смесительного клапана Рк< н применяется в открытых сетях. Р*м у нм юр обеспечивает pei улирование путем ноимгнннпания сетевой воды к обратной и шиш ту системы отопления от опорожнения нрн би тыном водоразборе. Изготовитель — «айн । « I сн нонрибор» (г. Улан-Удэ).
1Чм уляторы косвенного действия электрические
I'ti у пирующие приборы типа Р'1 1*1 нынускаются в нескольких моди-•!<»«*чинш Приборы Р25.1, РС29.1 в комплек
те с датчиками давления ММЭ, МЭД, ДМ-Э или ДС-Э выполняют функции регулятора давления, в комплекте с датчиками расхода ИР-51, ДМ-23573 или ДМЭР (с сужающим устройством) — функции регулятора расхода, а с датчиком ДМЭ — функции регулятора перепада давлений.
Приборы Р25.2, РС29.2, укомплектованные одним термопреобразователем сопротивления ТСМ-5071, применяются как регуляторы температуры воды на горячее водоснабжение, а в комплекте с двумя термопреобразователями сопротивления ТСМ-5071 и ТСМ-6114 —как регуляторы температуры воды на отопление зданий /пол сог таено заданному отопительному графику /||ОД = = / (GJ-
Схема включения прибора Р25.2 показана на рис. 6.3, а. Технические данные Р25: пределы плавного изменения параметров динамической настройки — коэффициента пропорциональности — 0,5 —20, времени итод-рома 5 — 500 с; минимальная юна нечувствительности ±0,2 Ом (для Р25.2), выходной сигнал для управления исполнительным устройством — напряжение 24 В постоян-ного гока от внутреннего источника иди
АО
к задатчики программного устройства
<0
s от ИР-51
W-
12 14 16 18 2022 24 26
БСД 27
23 25 1 2 29
12 14 1618 20 22 24 26
Рис 6 3 Схемы включения электронных регулирующих приборов для регулирования отопительной нагрузки зданий
а - на базе прибора Р25 2 (разработка АКХ им К Д Памфилова), б — на базе прибора РП4-У (разработка ВТИ - Мосжилниипроект) в - на базе прибора Т 48 ЗБ (разработка МНИИТЭП) Гн — датчик температуры наружного воздуха гпод — то же подающей воды на отопление г^р — то же обратной воды из системы отопления Гверх г£из — датчики температуры внутреннего воздуха в помещениях верхних и нижних этажей здания G - датчик расхода воды НП - нелинейный преобразовате щ на базе прибора БСД — блока суммирования и демпфирования ПТ ТС-68 нормирующий преобразователь
220 В переменного тока от внешней сети по контактной или бесконтактной схеме Возможно подключение внешнего задатчика, имеет встроенные органы управления клапаном вручную или дистанционно Масса — 5 кг Изготовитель приборов Р25, РС29 — Московский завод тепловой автоматики
Аналогичные модификации и функции имеют регулирующие приборы типа РП4У, РП4П и РП4-Т Чебоксарского завода электрических и исполнительных механизмов Приборы РП4-У могут осуществлять регулирование расхода сетевой воды на отопление в зависимости от температуры наружного воздуха Гн Для этого к входам
70
прибора подключаются датчик расхода (ИР-51) с выходом 0 — 5 мА, термопреобра-юватель сопротивления (с инерционным устройством) через нормирующий измери-юльный преобразователь (ПТ-ТС-68) и нелинейный преобразователь с выходом 0-5 мА, реализующий требуемую зависимость (см. рис 6.3,6).
Приборы регулирующие Т-48 (снятые с производства) и Т-48М (выпускаемые взамен Т-48) mhoi офункциональные и предназначены:
для регулирования разности температур воды в подающем гпод и обратном fO6p ।рубопроводах отопления или только в подающем (обратном) трубопроводе зданий в нтнеимости от температуры наружного нощуха гн — приборы Т48-1 и Т48-1Б; I48M-1;
приборы Т48-2 и Т48-2Б, приборы 148-5 и Т48-5Б, приборы Т48М-2 — то же, чю и приборы Т48-1, но дополнительно с коррекцией по температуре внутри помещений, усредненной по нескольким (до восьми) датчикам температуры;
приборы Т48-3 и Т48-ЗБ (схема включения показана на рис. 6.3, в) — то же, что и приборы Т48-1, но с дополнительным каналом регулирования в зависимости от разности температур воздуха внутри помещений верхних Гверх и нижних ГвИЖ этажей или противоположных фасадов, соответственно усредненных в пределах каждой из двух групп по нескольким (до 4 в группе) датчикам температуры;
прибор Т48М-4 — для двухканального по-фасадного регулирования, приборы Т48-4 и Т48-4Б; Т48М-3 — для регулирования температуры воздуха в помещениях, усредненных по нескольким (до 6 или 8) датчикам температуры;
прибор Т48М-5 — то же, что и приборы Т48М-2, но с дополнительным мультиплексным блоком, позволяющим осуществлять пофасадное регулирование двух фасадов (зон) одним регулятором с усреднением по двум датчикам температуры на каждом фасаде;
прибор Т48М-6 — то же, что и приборы Т48-1, но дополнительно регулирует температуру горячей воды.
В приборах Т48-1, -2, -3, -5, Т48М реализуется ПИ-закон регулирования, в приборах Т48-4 — П-закон, в дополнительном канале прибора Т48-3 — трехпозиционное регулирование. В качестве датчиков применяются медные термопреобразователи сопротивления градуировки 23. Масса прибора Т48 16 кг, Т48М — 8 кг. Изготовитель — Могилев-Подольский приборостроительный завод.
Регулятор температуры типа ЭРТ-1 осуществляет регулирование температуры воды на отопление согласно отопительному графику с коррекцией по температуре воздуха в четырех контрольных помещениях, а регулятор ЭРТ-5 - поддержание разности температур подающей и обратной воды в зависимости от температуры наружного воздуха. В качестве датчиков используются медные термопреобразователи сопротивления градуировки 50М, поставляемые комплектно с регулятором Масса прибора 2,7 кг. Изготовитель — Moi и.iee-Подольский приборостроительный завод.
Регуляторы с применением приборов Р25, РС29, РП4У, Т48, Т48М, ЭРТ мо1ут применяться в ГТП, насосных станциях, а приборы Р25, РС29, ЭРТ, Т48М - в МТП (ввиду их относительно низкой стоимости). Для регулирования отпуска теплоты на отопление зданий эти приборы применяются при условии присоединения систем отопления к сети с помощью насоса смешения или водонагревателя.
При элеваторном присоединении систем отопления в МТП применяются автоматизированные элеваторы, состоящие из автоматического регулятора и регулируемого элеватора (с регулируемым соплом, с регулируемым байпасом, двухсоплового). С элеватором с регулируемым соплом выпускаются: электронный регулятор отопления «Электроника Р-1М» — предприятием Минэлекзрон-прома и автоматизированный элеватор ЭРСА — Экспериментальным заводом коммунального оборудования АКХ им. К. Д. Памфилова (г. Москва). Для дооборудования существующих элеваторов заводом «Киевкоммунтехника» освоена система автоматического регулирования теплоты САРТ.
Регулятор температуры электронный РТЭ с заслонкой ПРЗ применяется для зданий с непосредственным присоединением к сети бифилярных сисчсм отопления. Закон регулирования — пропор циональный. Регулятор рассчитан на разину с одним или четырьмя медными 1ерм<> преобразователями сопротивления |радуи-ровки 50М. При пофасадном peiympouaiiMH отопления здания РТЭ устанав in паси. я по одному на каждый фасад. Pmp.iboiчик — институт «Челябинск! ражданпрпск i »
Для регулирования темпера i уры воздуха в приточно-вентиляционных yi пшовках мо-г ут применяться р е г у л я i < > р ы i см пера-туры электрические iiiihi ТЭ1ПЗ (двухпозиционные) и ТЭ21Н (iрехпозицион-ные с встроенным имну пи ным прерывателем). Датчиком являе1ся медный !ермо-преобразователь сопрей ипчепия i радуиронм!
71
Таблица 6.18. Техническая характеристика регулирующих клапанов
Обозначение клапана (давление и температура регулируемой среды) Диаметр условного прохода, мм Kv< м3/ч Масса, кг Тип исполнительного механизма
25ч939нж (1,6 МПа, 250 °C) 25 40 50 80 16 40 63 160 26,9 34,1 42,3 50,0 МЭО-6,3/10-0,25
25ч940нж (1,6 МПа, 250 °C) 25 40 50 16 40 63 21,5 28,0 35,8 ЕСПА-02-ПВ
25ч914нж (1,6 МПа, 200 °C) 100 150 160-250 400-630 100 153 МЭО-16/63-0,25Р80
200 630-1000 310 МЭО-100/63-0,63Р
27ч905нж смесительный трехходовой (0,6 МПа, 150 °C) 50 80 100 27-56 34-118 40-169 46 68 90 ПР-1М
23. Технические данные: пределы настройки — от -40 до 0; —20-г +20; 0-40; 20-60; 40 — 80; 60—100; 80—120°C, зона возврата (нечувствительности) — от 0,5 до 10°C; длительность импульса 0,5 — 10 с и паузы 1—300 с; основная погрешность +1 °C. Масса 2,5 кг. Эти приборы могут применяться и для включения и отключения насосов различного назначения по достижении заданной температуры среды.
Изготовитель — ПО «Промприбор» (г. Орел).
Электрические исполнительные устройства
Клапаны регулирующие с электромоторным исполнительным механизмом являются двухседельными органами для изменения расхода регулируемой среды с фланцевым присоединением. Устанавливаются на горизонтальных трубопроводах приводом вверх.
Характеристика клапанов дана в табл. 6.18.
Изготовители — завод «Красный Проф-интерн» (г. Гусь-Хрустальный, Владимирская обл.); Чуфаровский арматурный завод (Ульяновская обл.) (25ч914нж).
Для управления регулирующими органами диаметром выше 100 мм клапанов Т-356, Т-366, 6с-7 и других могут быть применены однооборотные исполнительные механизмы типа МЭК, МЭО (Чебоксарского завода электрических исполнительных механизмов) и типа МЭОБ и МЭОК (Московского завода тепловой автоматики), которые должны сочленяться с органами рычагами и тягами. Характеристика регулирующих органов и способы сочленения
изложены в [112]. Исполнительные механизмы управляются от регулирующих приборов через пускатели или усилители.
Электронные регулирующие приборы устанавливаются на щитах (утопленный монтаж) при условии отсутствия сильной вибрации и значительных магнитных полей. Монтаж электрических цепей питания и связей с датчиками и исполнительными механизмами производится по схемам внешних соединений заводов-изготовителей и по проекту медными (сечением 0,75—1,5 мм2) или алюминиевыми (сечением 2,5 мм2) проводами и кабелями. Силовые и измерительные (слаботочные) цепи выделяются в отдельные линии связи. Приборы на щите должны быть заземлены согласно ПУЭ. Регулирующие клапаны устанавливают на горизонтальных трубопроводах. До и после клапана трубопроводы должны иметь прямые участки длиной не менее 10£>.
6.4. Аппаратура телемеханики и телеизмерении
Аппаратура телемеханики является техническим средством диспетчеризации и АСДУ (АСУТП) теплоснабжения и служит для двухстороннего обмена оперативной информацией между центром управления (диспетчерским пунктом) и контролируемыми и управляемыми объектами системы теплоснабжения.
Типы и основная характеристика средств телемеханики, применяемых в тепловых сетях, приведены в табл. 6.19.
Для телемеханизации тепловых сетей от ТЭЦ Опытным заводом средств автома-
Таблица 6.19. Характеристика серийно выпускаемых средств телемеханики
Марка аппаратуры (елсмеханики Информационная емкость, на 1 КП Cociae и структура Стыкуется с ЭВМ Завод-изготовитель
ТС ТУ ТР ТИТ ТИИ
Г М-320 56 Суммарно 48 объектов (по вызову) — 1ПУ-32КП, радиальная; 1ПУ-96КП при включении трех КП в одну линию транзитом Нет Завод «Промав-томатика» (г. Житомир)
1 М-321 40 Суммарно 16 объектов: ТУ (4), ТИТ (4 по вызову) и 8 ГГС (вызов громкоговорящей связи) — 1ПУ-24КП, радиальная Нет
1 К 210 768 (ма! 1КГ 768 ссимал [ или 192 (токовое), 96 (временное) ьные на 1ПКП) 192 192 1ПУ-31КП-248ПКП, радиальная на каждом уровне (ПУ, КП, ПКП) Да ПО «Телемеханика» (г. Нальчик) 1
ГМ-120-1 256 1 32 1 8 1 64 (ТИТ ретранслируемых с . стоящего уровня — 160, ТУ нижестоящий уровень — 1 8 ниже- — на 28) 1ПУ-30КП, радиальная, цепочечная, древовидная Да ПО ЗИП (г. Краснодар)
ТМ-120-2 16 8 — 8 — 1ПУ-30КП, 1ПУ-16КП при работе с ТМ-120-1, цепочечная Да ПО «Телемеханика» (г. Нальчик)
КТС-ЛИУС-2 Определяются при конкретном проектировании Да Харьковский завод КИП (СКБ САУ)
Контур-23 16 8 10 1ПУ-16КП, радиальная, цепочечная, древовидная Да Петрозаводский завод ГУПП МЖКХ РСФСР
УВТК-300 120 120 Из числа ТУ 256 128 1ПУ-99КП, радиальная Да Завод «Промав-томатика» (г. Житомир)
Примечание. ПУ — пункт управления; КП — контролируемый пункт; ПКП — периферийны! КП; ТС, ТУ, ТР, ТИТ — см. ниже; ТИИ — телеизмерение интегральное.
7
тизации и приборов Мосэнерго изготовляется комплекс аппаратуры для РДП теплосети.
В качестве датчиков для телеизмерения текущих значений (ТИТ) применяются:
для измерения давления и перепада давлений воды — манометры типа МЭД, а также манометры типа МС-Э2, ММЭ, ДМЭ и другие манометры, имеющие выходной сигнал постоянного тока 0 — 5 мА (см. табл. 6.6);
для измерения расхода воды — дифманометры-расходомеры с выходным сигналом 0 — 5 мА или 0 — 20 мА (см. табл. 6.9 и 6.10) и индукционные расходомеры ИР-51 для диаметров трубопроводов до 300 мм и ИР-56 для больших диаметров;
для измерения температуры воды — термопреобразователи сопротивления (см. табл. 6.5) с нормирующими преобразователями (ПТ-ТС-68) с выходным сигналом 0 — 5 мА;
для измерения электрической мощности — измерительные преобразователи типа Е-829 с выходным сигналом 0 — 5 мА.
В качестве датчиков телесигнализации (ТС) используются:
для сигнализации предельных значений давления в схемах блокировки и автоматического включения резервных насосных агрегатов — электроконтактпые манометры типа ЭКМ-IV (см. табл. 6.6) и датчики перепада давлений типа РКС;
для сигнализации предельных значений
температур в схемах контроля, блокировки и включения насосов — приборы типа ТЭШЗ;
для сигнализации состояния оборудования (насосов, выключателей линий 6—10 кВ и др.) — блок-контакты магнитных пускателей электродвигателей или промежуточные реле положения выключателей, а также контакты выходных элементов устройств автоматики и защиты;
для сигнализации положения электрифицированных задвижек и регулирующих клапанов — контакты их концевых выключателей.
Телеуправление (ТУ) и телерегулирование (ТР) осуществляются путем воздействия выходных реле контролируемых пунктов телемеханики на пускорегулирующие устройства управляемых органов (задвижек, клапанов, электродвигателей насосов, задатчиков уставок регуляторов).
На диспетчерском пункте при аналоговом воспроизведении телеизмерений используются, в частности, узкопрофильные приборы типа АСК с классом точности 0,5, выпускаемые заводом «Вибратор» (г. Ленинград), заводом «Электроточприбор» (г. Омск).
Для оборудования диспетчерского пункта могут быть применены щиты и пульты, выпускаемые заводом «Промавтоматика» (г. Житомир), — секционные мозаичные щиты типа ЩЦСМ-1 и металлические сборные секционные диспетчерские пульты КЗСП-1.
Раздел третий
РАСЧЕТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Глава седьмая
РАСЧЕТНЫЕ И СУММАРНЫЕ РАСХОДЫ ТЕПЛОТЫ, ОТПУСКАЕМОЙ ИЗ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
7.1. Расходы теплоты на отопление и вентиляцию зданий
Определение расходов теплоты, отпускаемой потребителям из тепловых сетей, является первым этапом при проектировании этих сетей, а также при разработке схем теплоснабжения. Такое определение должно производиться отдельно по каждому виду теп-
лопогребления, а в точных расчетах — по каждому зданию или группе однотипных зданий.
Отпуск теплоты из водяных тепловых сетей может производиться прежде всего в системы отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха зданий, предназначенные для поддержания в помещениях заданных нормами комфортных условий.
74
н первую очередь температуры воздуха гвн, и также его состава независимо от колебаний температуры наружного воздуха тн.
В климатических условиях СССР поддержание заданной температуры воздуха в помещениях требует подачи теплоты в течение значительной части года, называемой оюпительным периодом (см. прилож. 1). Расчетная температура воздуха в помещениях г£„ определяется в основном назначением пих помещений, а в некоторых случаях ткже климатическим районом, к которому <нносится данный населенный пункт (см. примечание к табл. 7.1). Сводка значений Ч‘((. составленная по нормам проектирования жилых [28], а также основных групп общественных зданий [30 — 43], приведена в lafni. 7.1. Там же оговорены допустимые и ошимальные интервалы значений г?и для ирои шодственных помещений различных ка-кчорий в соответствии с ГОСТ 12.1.005-76. ( чедус! учесть, что значения fgH по табл. 7.1 о(>1ося1ся только к помещениям, преобладающим в соответствующих зданиях и оговоренным и ггой таблице, а поэтому они при-I tuthi.i юлько для приближенных расчетов рис ходов теплоты на отопление зданий в цечом. В соответствующих нормах указаны щмчемин для разных видов помещений И «линиях, используемые при проектировании гйгн’м оюпления в этих помещениях, а Ниже для точною определения суммарных рйеяодон |еплоты на отопление здания в целом
Наиболее распространенными являются |М№1?МЫ водяного отопления, использую-ШИв и кнчсстве теплоносителя горячую воду I ритме । пой юмпературой на входе в систему lit ни.! «I 85 до 150°С. Такие системы Выполняются, как правило, едиными для всех Помещений данного здания (центральные ЦВмемы водяного отопления).
Для некоторых категорий зданий норма-MB |20| допускается или рекомендуется Применение систем воздушного отопления, в gHtiipbix !снлоносителем является подаваемый и помещения воздух, нагретый в кало-риферцх нс более чем до 45 °C, а в ка-। реющей среды используется горячая Волн । рвечешой температурой на входе I Ю IM) (’ (нодовоздушные калориферы).
I in 1смы воздушного отопления мо!ут Яып. мш капральными, оборудованными 1й'1нр|н||ер||ыми установками для обслуживании in ex или части помещений здания, н м<х1ными с размещением калори-и |цмих отапливаемых помещениях.
Ннрину i сисюмами отопления, обеспе-ЧНн0|>ч11нмн юлько заданную температуру И"<||»ч 11н мши их ipyiin зданий требуется
соблюдение также других санитарно-гигиенических показателей, например поддержание нормативной относительной влажности воздуха в помещениях (обычно в пределах 30 — 65 %) независимо от поступления влаги из различных источников. Кроме того, в производственных и некоторых группах общественных зданий имеет место загрязнение воздуха различными вредными веществами (газами, парами, аэрозолями), предельно допустимые концентрации которых в воздухе помещений оговорены в санитарных нормах [52].
Поддержание заданного состава воздуха в помещениях за счет удаления из них влажного или загрязненного воздуха и поступления соответствующих количеств наружного воздуха, часто с его предварительной обработкой, должно обеспечиваться системами вентиляции этих помещений. Воздухообмен между помещениями и атмосферой осуществляется прежде всего за счет воздухопроницаемости наружных ограждений, особенно через неплотности в местах их стыкования со световыми проемами (окна, фонари) Такой способ воздухообмена, называемый инфилы рацией, происходит за счет разности давлений между воздухом в помещениях и атмосферой, обусловленной в основном разностью температур наружною и внутреннею воздуха, а также обдуванием зданий ветром. Если поступающие в результате этого в помещение расходы воздуха оказываются недостаточными для поддержания его заданного состава, то инфильтрация может быть дополнена периодической аэрацией помещения путем открытия окон, форточек, наружных дверей и т. п.
Совместное использование инфильтрации в аэрации (естественная вентиляция) для жилых зданий обычно считается достаточным. Но естественная вентиляция не может обеспечить поддержания заданного состава воздуха в общественных и производственных зданиях с выделением вредных веществ. В таких случаях помимо использования естественной вентиляции требуется сооружение систем побудительной вентиляции, которые могут быть вытяжными с удалением заданных расходов воздуха из помещений, как правило, за счет работы вентиляторов с электроприводом, или приточными с подачей этих расходов из атмосферы. Поступающий в помещения наружный воздух при отсутствии ею подо! рева имеет в течение отопительною периода температуру существенно ниже нормативной для данного помещения, а стало быть, охлаждает его. Такое охлаждение может быть компенсировано, в частосю, дополнительной подачей iciuioiы oi chcicm oioiijic-
7S
Таблица 7.1. Расчетные температуры воздуха в преобладающих помещениях зданий различных групп
Наименование групп !даннн по их назначению
Преобладающие помещения Примечания Нормативный документ
Наименование Расчетная температура воздуха
I. Жилые здания
Жилые здания квартирного типа и общежития Жилые комнаты II. Общественные зд 18 или 20 ания В зависимости от клима-тическот о района [28]
Больницы и диспансеры Палаты для взрослых 20 — [35]
Родильные дома Палаты 22 — [35]
Амбулатории и поликлиники Кабинеты врачей 20 — [35]
Общеобразовательные школы и школы-интернаты Классы и кабинеты 17, 18 или 21 В зависимости от климатического района [31]
Детские дошкольные учреждения Спальни ясельных групп 20, 21 или 22 То же [30]
Профессионально-т ехни-ческие, средние специальные и высшие учебные заведения Аудитории 18 [32]
Клубы Зрительные залы 16 — [37]
Театры Зрительные залы 19-21 — [40]
Кинотеа гры Зрительные залы 14 — [36]
Здания конструкторских и проектных ор!анизаций Проектные талы и комнаты 18 — [42]
Здания управлений Рабочие комнаты 18 — [43]
Гостиницы Номера 20 — [39]
Дома быта, ателье, мастерские, приемные пункты Помещения для изготовления и ремонта 18 — [41]
Бани Раздевальные, душевые, ванные Сушильно-гладильные и стиральные цехи 25 — [41]
Прачечные 15 — [41]
Магазины Торговые залы продовольственных товаров 12 — [33]
Торговые залы промышленных товаров 15 — [33]
Предприятия общественного питания Залы, раздаточные, буфе 1 ы 16 - — [34]
Спортивные сооружения Спортивные залы и катки III. Промышленные з 18 Дания [38]
Производственные помещения (рабочая зона) при легких работах (катетории I) 20-23 19-25 Оптимальные значения Допустимые значе-чения ГОСТ 12.1.005-76 То же
76
Продолжение табл. 7.1
Наименование i рупп даипй по их назначению Преобладающие помещения Примечания Нормативный доку мен 1
Наименование Расчетная температура воздуха tp аС
1о пей же, при । яжес 1 и работах сред- (категории Па) — 18-20 17-23 Опт ималь-ные значения Допустимые значения ГОСТ 12.1 005-76 То же
1о ней же, при 1 яжес 1 и работах сред-(категории 116) 17-19 15-21 Оптимальные значения Допустимые значения » » » »
1 <> 1.1 \ же, при тяжелых рабо-(к.|1сюрии 111) 16- 18 13-19 Оптимальные значения Допустимые значения » » » »
llriioMOi агепьные здания и помещения Помещения для отдыха 18 — [45]
Примечание Характеристика к тиматическнх районов СССР, в пределах коюрых приниманием шачения расчетной температуры воздуха ГдН дтя житых и некоторых групп общественных । шипи, приве гена вместе с соопзетствуюшими каргами территории СССР в нормах [6, 20]
ппя, 'но должно быть учтено при их расчете. При значительных масштабах выделения ире шых веществ или повышенных требованиях к составу воздуха в помещениях ючегание побудительной вытяжной и естественной венти 1яции обычно оказывается не-aociaiочным В таких случаях необходимо применение систем побудительной приточной пешиляции с подачей наружного воздуха в помещения вентиляторами. Системы приточной вентиляции могут быть либо центральными (общеобменными) с подачей воздуха во все вентилируемые помещения данного здания, либо местными (воздушные души, отисы, завесы). Во избежание нарушения комфортных условий нормами [20], как правило, запрещается подача в вентилируемые помещения наружною воздуха темпера->урой ниже 5 °C.
Соблюдение этого требования приводи] к необходимости подогрева в течение отопи-(ельного периода наружною воздуха до его подачи в помещения Для такою подогрева используются те же калориферные установки, что и для систем воздушного отопления За счет подачи нагретого воздуха в отапливаемые помещения можно частично, а иногда и полностью, покрыть его потребность в теплоте. Такое объединение воздушно! о отоп
ления и приточной вентиляции значительно снижает капитальные вложения и упрощает эксплуатацию систем, а поэтому рекомендуется нормами [20]
Поскольку при естественной вытяжке бесполезно выбрасывается в атмосферу вся теплота, необходимая для на1рева воздуха от его наружной температуры до нормативной в вентилируемых помещениях, более экономичными являются комбинированные системы приточно-выгяжной вентиляции с частичной утилизацией теплоты удаляемого из помещений воздуха для подогрева наружного воздуха. Такая утилизация может быть достигнута рециркуляцией, т. е. подмешиванием забираемого из помещения воздуха к наружному воздуху, поступающему в калориферную установку. Возможная щепень рециркуляции, т. е. отношение расхода воздуха, забираемого из помещений и подмешиваемого к наружному воздуху, к полному расходу подогреваемого воздуха, определяется санитарно-гигиеническими 1ребованиями, 01 сваривающими минимальные расходы наружного воздуха, который должен быть подан в помещения [20].
Другим способом утилизации теплоты воздуха, забираемого из помещений, является рекуперация, г. е нагрев наружного воздуха
77
до поступления его в калориферы удаляемым из помещений воздухом в поверхностных теплообменниках-теплоут илизаторах. Однако из-за больших капитальных вложений установка таких теплоутилизаторов должна быть в каждом случае обоснована техникоэкономическим расчетом [20]
В некоторых случаях даже приточновытяжные системы вентиляции в сочетании с отоплением и удалением пыли из подаваемого воздуха не в состоянии обеспечить по тдержание заданных параметров воздуха в помещениях, предъявляющих особо жесткие требования к этим параметрам В таких случаях необходимо объединение функций систем отопления и венти1яции в е шных системах кондиционирования воздуха.
Такие системы должны обеспечивать поддержание заданного состава воз ту ха, а также значений его температуры и относительной влажности, зачастую различных для помещений разного назначения в одном здании, и притом не только в отопительный, но иногда и в летний период.
Основными аппаратами системы кондиционирования во г чуха являются кондиционеры с калориферами для подогрева воздуха и контактными или поверхностными воздухо-охладите 1ями.
Определение потребности в теплоте систем отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха базируется на анализе тепловых балансов отдельных помещений или зданий в целом в течение отопительного периода. В расходной части этих балансов учитываются прежде всего тепловые потери помещений или зданий в окружающую среду QT и через их ограждающие конструкции (наружные стены со световыми проемами и гверьми, верхние покрытия, полы, расположенные на грунте или над неотапливаемыми по гвалами). Вторым слагаемым являются расходы теплоты на подогрев наружного воздуха, поступающего в помещения за счет инфи гьтрации или подачи системами приточной вентиляции QBO3 (. В приходной части этих балансов согласно нормам [20] должно учитываться поступление гепготы в воздух помещений в результате внутренних тепловыделений в них QT в, связанных с пребыванием людей и теплоотдачей осветительных и других электрических и газовых приборов, а в производственных помещениях — также с тепловыми потерями печей, аппаратуры и трубопроводов.
Некоторые количества теп поты периодически поступают в помещения через остекление световых проемов за счет солнечной радиации (инсоляции) 2инс- Однако такое поступление носит переменный характер, а 78
также зависит от широты местности, облачности, ориентации световых проемов по странам света и т. п. В наиболее холодные месяцы отопительного периода, особенно в северных районах, тепловой эффект инсоляции незначителен Согласно нормам [20] поступление теплоты в здания за счет инсоляции 2hhl подлежит учету только при составлении их тепловых балансов в летний период, а для отопительного периода можно принимать Q1ihl = 0.
Если при каких-либо режимах сумма слагаемых 2т п + 2тнт по гсчиганных при нормативной температуре воздуха в помещении и наружной температуре fH, превышает сумму слагаемых Q, „ + 211IIL, то ДДЯ поддержания нормативной температуры необходим приток теплоты в помещение за счет работы систем отопления, вентиляции или кондиционирования во глуха Qr.
В результате тепловой баланс помещений или зданий в целом может быть представлен в ви ге
2i II + 2но< I = Qt + Qi и + 2иц(.. (7.1)
Отсюда
2т =(2|П + 2воз1)-(2тв + 2ннс). (7.1а)
Значения 2т п, 2возп 2г в и 2инс непрерывно изменяются в сезонном, суточном и даже часовом разрезах. Особенно подвержены таким изменениям слагаемые 2инс и Quon- Более устойчивыми являются значения QT н в связи с влиянием тепловой инерции ограждающих конструкций, в основном наружных стен, благодаря которой кратковременные колебания температуры наружного воздуха слабо отражаются на температурах внутренних поверхностей этих ограж-гений, а стало быть, и воздуха в помещениях. Тепловые балансы зданий по формуле (7.1) обычно рассматриваются в суточном разрезе. Однако следует иметь в виду, что из-га незначительности эффекта тепловой инерции в части тепловых потерь через заполнения световых проемов, а также его отсутствия у таких слагаемых тепловых балансов, как 2вои и 2инс Даже при равномерной в течение суток подаче теплоты QT в помещения, что характерно для систем, присоединенных к теп говым сетям, неизбежны некоторые колебания температуры воздуха в помещениях, допускаемые нормами [20].
Если здания оборудованы раздельными системами отопления и приточной вентиляции, то значение 2т в формуле (7.1) соответствует сумме значений отпуска теплоты 2от + 2веиг от ЭТИХ систем.
Определение тепловых потерь зданий через их ограждающие конструкции производится по нормам [20] отдельно по каждому
II I ОСНОВНЫХ видов этих конструкций (наружные ci сны, заполнения световых проемов, мокры I ия, полы) с последующим суммированием по формуле
Qi и ~ „ п (Gin — ^н)- (7.2)
Ljkk
bicci. FK - расчетная поверхность данною пила ограждающей конструкции, м2, а сопротивление теплопередаче ограж->шкнней конструкции, м2 • K/Вт При этих рн(мерностях значения Q{ „ по формуле (7.2) пырнжию।ся в ваттах.
Определение значений RK для ограждающих конструкций, однородных по толщине, ирон П1ОДИ1СЯ по формуле
Кк=--+^-+—. (7.3)
С(ви Лк ОС»
1дес1» осВ|1 и осн — значения коэффициен-HHI юилоогдачи соответственно от воздуха помещения к внутренней поверхности ограж-11110ЩИХ конструкций и от их наружной по-иерхпосчи в атмосферу, Вт/(м2 К). В качестве piic'iciiibix значений этих коэффициентов для оIони ।единого периода в нормах [8] реко-мсндус1ся^рринимать освн = 8,7 Вт/(м2 К) и
— 23 В|/(м2 К). Влияние ветра на эти И1ЙЧСНИИ подлежит учету только при расчетах дня летнего периода. Значения Зк, м, и A„. Н । /(м • К), соответствуют толщине и теплопроводности ограждающей конструкции.
В нормах [8] приведены значения Хк дня строительных и теплоизоляционных ма-I «риалов, а также конструкций из них.
Входящий в формулу (7.2) коэффициент it ншисит от ориентации ограждающей кон-счрукции по отношению к наружному воздуху. Как правило, он принимается равным единице, кроме перекрытий как чердачных, UIK и нал неотапливаемыми подвалами или подпольями, для которых значения и по нормам [8] указаны в пределах 0,4 —0,9.
В соответствии с формулой (7.2) тепловые потери через ограждающие конструкции пропорциональны разности температур между воздухом в помещении и наружным воздухом fBH — fH. Максимальные значения них тепловых потерь соответствуют так патываемому расчетному режиму, при котором температура твн совпадает с расчетной для данного помещения г£н, а температура — с расчетной для систем отопления О|, вентиляции вен1 или кондиционирования воздуха кон'' применительно к данному населенному пункту. При выборе этих температур необходимо использовать данные по следующим характерным температурам наружного воздуха г»:
абсолютной минимальной температуре за весь период наблюдений df,L (расчетный параметр В по нормам [20]);
средней температуре наиболее холодной пятидневки ff"11'”" за 30 — 50-летний период (расчетный параметр Б по нормам [20]);
средней температуре наиболее холодною периода |»ин х, средняя длительность которого соответствует 15% общей продолжительности отопительною периода в области наиболее низких температур, но не более 25 сут (расчетный параметр А по нормам [20]).
Значения этих расчетных температур наружного воздуха для многих населенных пунктов приведены в нормах [6, 20]. а более детально — в [99]; они частично воспроизведены в прилож. 1.
Согласно нормам [20] для систем отопления в качестве расчетной должна во всех случаях приниматься средняя температура наружного воздуха наиболее холодной пяги-дневки пят = с[ог (расчетный параметр Б). Следует учесть, что значения г»ии “>п приведены в нормах [6] в двух вариантах, а соответствующих различной обеспеченности, а именно 0,92 и 0,98 Там же оюворено, что за исключением особо ответственных объектов при проектировании следует использовать только значения, соответствующие обес-печенности 0,92. Эти же значения расчетной температуры воздуха lfHH пят, приведенные в приложений' должны применяться при проектировании систем общеобменной вентиляции, предназначенной для удаления вредных веществ или компенсации местных отсосов этих веществ, а также для воздушных душей, завес и для систем кондиционирования воздуха (за исключением систем с особыми требованиями, обосновывающими принятие для них в качестве расчетной абсолютной минимальной температуры наружною воздуха г',"1" ‘,бс = kO"'; расчетный параметр В) Только для систем общеобменной вентиляции, как естественной, так и с механическим побуждением, предназначенных для удаления избытков теплоты и влат и, нормами [20] предлагается в качестве расчетной исходить из средней температуры воздуха наиболее холодного периода т»ин х = if пент (расчетный параметр А).
После определения значений максимальных тепловых потерь п для расчетного режима эти значения для любого другого режима могут быть подсчитаны по формуле
С?Т П = с'г II .р '^р^оГ- (7.4)
1 вн ‘ н
Расходы теплоты на подогрев наружного воздуха, поступающего в вентилируемые по-
79
мешения при любом режиме, подсчитываются по формуле
Qbch । = б'В01 Лоз 1^вн “ С<) =
— Pbos г^воэл^воэл (^вн ~ б<)’ (7.5)
Здесь GBO34, KI/с, и Ивозд, м3/с -соответственно массовые и объемные расходы поступающею в помещение наружного воздуха при ею исходной температуре г(| и температуре воздуха в помещении твн; сВС)Л ss 1000 Дж/(кг К) — средняя массовая удельная зепчоемкоегь воздуха при давлении 0,1 МПа и в обычном ия расчетов по формуле (7.5) интервале 1емператур (от —25 до +25 °C); рвоза%1,25 кг/м3 — средняя плотность воздуха в этом интервале.
От расходов теплоты Q40Jl, подсчитываемых по формуле (7.5), следует отличать поступление ее в помещения за счет работы калориферов систем вентиляции или воздушного отопления. Эга величина опре геляется по формуле
Свев. =бка1<В0,1(/^;-о =
= КаВвоыРвоит-О- П.6)
Здесь GKaкг/с, и Икар м3/с —соответственно массовый и объемный расходы воздуха через калориферы при его температуре на входе в калориферы и на выходе ИЗ НИХ 1%].
Фактическая температура воздуха на выходе из калориферов /[%1 может быть как выше, так и несколько ниже расчетной для воздуха в помещениях В первом случае при значениях QBeil(, больших QBO3J, отпуск теплоты в помещение от системы отопления должен быть сокращен на величину разности 2ве<п — Qb<>< а потому сумма значений (?<>г + бвенг остается неизменной. Если же значения 2воза больше QBetll, г о отпуск теплоты oi системы отопления толжен быть соответственно увеличен.
Покрытие расходов теплоты 2инф за счет инфильтрации воздуха в помещение при отсутствии приточной вентиляции может достигаться только путем дополнительного отпуска теплоты системой отопления. При этом величина (>инф определяется по формуле (7.5) с подстановкой в нее вместо GBO3a расхода воздуха, поступающего в помещение за счет инфильтрации G(IH(|,.
Для определения значений 6’Ш1ф при различных режимах в нормах [20] приведена сложная методика, учитывающая помимо разности температур гвн — /н также сопротивление воздухопроницанию различных элементов ограждающих конструкций, в основном уплотнений окон, и скорость ветра, изложены упрощенные способы определения расчет
80
ных расходов теплоты на инфильтрацию воздуха. В частности, для жилых зданий допускается оценивать эти расходы по формуле
2^ = ^,,-г]™). (7.7)
Здесь F*, м2 — суммарная площадь пола жилых комнат (см. § 7.3).
Расходы теплоты @инф при различных разностях температур гвн — гн и упрощенных способах расчета можно приб гиженно принимать пропорциональными этой разности.
Кроме тепловых потерь на инфильтрацию воздуха нормами [20] предусматриваются надбавки на основные тепловые потери QT п в виде определенною процента от них, зависящие от ориентации наружных ограждений по странам света, в размере 5—10%, а также на так называемые бесполезные потери теплоты в системах отопления в размере 10% (при обосновании до 15%). Все эти надбавки можно учесть единым коэффициентом 0Натб = = 1,10—1,25, относимым к слагаемому QT п.
Исходя из приведенных выше данных и формул (7.1а), (7.2) и (7.5) тепловые балансы отапливаемых помещений при любом режиме работы для системы отопления в сочетании с естественной вентиляцией (инфильтрацией) и внутренними тепловыделениями могут быть предшавлены следующим образом при (2инс = 0
Qr — Qoi ~ Qi п "Е (?инФ Qi в =
/ S7 fk \
— (^Bii — 6i)l Риатб ? ,7 r (* Синф< во31 I ~ Qi в-
(7.8)
Для сочетания системы отопления с приточной или приточно-вытяжной вентиляцией соответственно получаем
Qi = Qor -Е Qbchi =
/ V3 рк \
= (7вн ~ %) I Рва 16 / п п I" СВОЗЛСНОЗД I — Q1 в.
\ / э К-к /
(7.8а)
Из-за наличия слагаемого QTB значения Qr по формулам (7.8) не являются прямо пропорциональными разности температур тВ(| — 7н- как эт0 имеет место при Q1 в = 0.
В подобных случаях для упрощения расчетов целесообразно исходить из значений условной темпера гуры наружного воздуха zB. при которой потребная подача теплоты в помещение обращается в нуль, поскольку сумма тепловых потерь через ограждающие конструкции и на подогрев наружного воздуха равна внутренним юпловыделениям в помещении [145, 146]. В соответствии
i | / Кл> *i i условная температура состав1яет
V — 1791
311 if / п r + GB, (< Bt (t
При hi 1ичии только естественной вснги IMHIHI i к туе। принимать GB031 — Син|> Внут-pininie 1 склоны де гения Qt в как прави то пршшмат।ся одинаковыми при всех темпера гургх игружною воздуха fH от этой I* \rncp.i।уры не зависят также слагаемые 3 ," у" и tBOiGB( t (при ус ювии •иц ।оинс 1 в I расхода возтуха GB,, ) Toi за nil'll пия разности гвн — Д также не зависят in it’Miicpaiyp воздуха твн и /, а потому нмцм
Р _ t
’ НИ ‘Н
При Q t=0 = Гвн а форму та (7 10)
НРПНИМ 1СГ вид
Q = бот 4- бвент ~
F \
и +GB-,)cB031j(fBH Тн) (711)
/
( реди раз шчных режимов работы систем отопления и вентигяции основным является
расчетный режим при котором расходы ।силоты в этих системах достигают максимума Отношения значений раз тичных состав лягощих тептово! о баланса при тюбом ре жиме к этим значениям при расчетном режиме представляют собой безразмерные параметры зависящие только от отношения текущих и расчетных значении разностей температур 1 ак для тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий таким па раметром в соответствии с форму гой (7 4) является величина
О tp - i
(Г) _ _Ут_н _ 1 вн____'н
VI и р _ р 01
Х7 П 1ВН 41
(7 12)
Эта величина обычно называется от но сительной отопительной нагрузкой и обозна чается <ро1 Из сопоставления формул (7 8) и (7 11) следует что пропорциона ibhocti между расходами теп юты на системы отопления вентиляции и кондиционирования воздуха и разностями температур г£н I, может иметь место то гько при исключении из теплового баланса внутренних гепло выделений Ес ги же их учет необходим то относительные отопите гьные нагрузки уже не могут соогвеютвовать форму те (7 12)
а потому подсчитанным по ней значениям не ^сообразно присвоить название относительных тепловых потерь и обозначение Ф] п
Учет влияния внутренних теп товыдете-ний на раслозы теплоты системами отоп-гения а также их сочетаниями с системами приточной венти 1яции проще все< о досги-। аегся с помощью безразмерного параметра относите иных геп ювыде гений характеризуемого соотношением
Ф. в
_б™
61 + бг в
(7 13)
В случае сочетания систем отоп гения с естественной венти гяцией величины GB03J с ге 1ует заменить на Синф При этом значения Qx и можно принимать одинаковыми при всех режимах Тогда для отцегьных систем отопления или их сочетания с системами вентитяции рассчитанными на ту же температуру наружного воздуха 1ftот при расчетном режиме получаем
б? в б? + б?в
1вн _ 1 и
fP _ гР 01
' вн 1н
(7 13а)
Отсюда при гвн = гвн и бт в ~ б? в имеем
Ф, 1 в/Фтп
(7 14)
Соответственно для ус товной температуры наружного воздуха получается выражение
'н ='вн - Ф?в(^вн - ?н01) (7 14а)
Д гя приб гиженной оценки внутренних теп товы де тений в жилых зданиях нормами [20 J рекомендуется исходить из их величины в размере 21 Вт на 1 м2 п гощади пола помещений оборудованных отопите юными приборами (см § 7 3)
При отсутствии систем приточной венти-1яции и покрытии расходов теплоты на инфигьтрацию за счет систем отопления формула (7 8) дня расчетного режима может бьыь представлена следующим образом
б? = бКл =
— 1'н 'вн)( Знало / п "Д Ь ^инф^возд / (7 15)
\ L-Л /
В этом случае имеем
ф = Q-бСт б?
81
_ Гн____ Фт п Фт в _
'^-/рот ' 1-ф?в
tP _ fP от ^l-d-фтп)^^-
(7.16)
Для величины фот, соответствующей формуле (7.16), целесообразно сохранить наименование относительной отопительной нагрузки. Эта величина совпадает с таковой для относительных тепловых потерь только при отказе от учета внутренних тепловыделений, когда ср, в = 0 и tyH — t£H, а потому гр - t
Фот=Фтп = (716а>
свн ‘ н
При наличии в здании раздельных систем отопления и приточной вентиляции, рассчитанных на одну и ту же температуру наружною воздуха гро1, внутренние тепловыделения учитываются при расчете систем отопления, а расходы теплоты на инфильтрацию — при расчете систем вентиляции. В этом случае для систем отопления сохраняет силу формула (7.16), а для систем вентиляции она видоизменяется следующим образом
__ (2веш _
Фве.п — ~р — т/венд
^воэд^вн Гн)___ (7 |7|
Г.Р (tP -fP°T) ’
w воз т v вн 1 н I
Величина фвен1 по формуле (7 17) называется относительной вентиляционной нагрузкой. При одинаковых расходах подогреваемого наружного воздуха в течение отопительного периода имеем бвозд = G£03J, а потому
гр -t
Фве.п =Фтп= (7J7a)
Гвн Gi
В оговоренных нормами [20] случаях, когда системы приточной вентиляции рассчитываются на температуру наружного воздуха грве,п более высокую, чем для систем отопления $ от, вместо формулы (7.17) получаем
(7.18)
В этом случае равенство GB03l=G§033 может иметь место только в той части отопительного периода, которая соответствует температурам наружного воздуха не ниже гРвент тогда имеем
Фвент = р _ р венГ (7.18а) ‘ВН ‘Н
В течение остальной, наиболее холодной части отопительного периода тепловая нагрузка систем вентиляции должна оставаться постоянной и равной расчетной, т. е.
82
Фвент = 1, что возможно только за счет сокращения расхода подогреваемого наружного воздуха по мере понижения его температуры от г£вен1 до г£от в соответствии с формулой вент
• <71’)
*вн *н
Максимальное сокращение расхода наружного воздуха имеет место при /н = = /[ от, когда
tP _ fP вент
Овозт = LT-=^-or = tP?en"GSon. (7.19а) * вн ‘ н
Здесь
»Р _ ГР веш фвтевт= (7 20)
‘ВН ‘И
Величина ф®е01 представляет собой значение относительных тепловых потерь, соответствующее расчетной температуре наружного воздуха для систем вентиляции^вен\ _Как явствует из значений от и zf 0 , приведенных в прилож. 1, эта величина при гвн — 18 °C обычно находится в интервале Ф?Т = 0,6 ^-0,8.
Помимо расходов теплоты при расчетном и других режимах, характеризующихся температурами воздуха гвн и гн, во многих случаях необходимо определение суммарных расходов теплоты системами отопления и вентиляции за заданные промежутки времени (месяц, отопительный период) или за периоды, характеризуемые заданными интервалами среднесуточных температур наружного воздуха (например, в интервале от 0 до —10°C, выше 0°C и т.п.). В обоих случаях при таких расчетах следует исходить из значений средних температур наружного воздуха г„р за данный период или интервал температур воздуха /„, полагая постоянными значения температур воздуха в помещениях гвп = гр„, а также других параметров, влияющих на расходы теплоты (QT в, Рналб)
Суммарный расход теплоты в течение гюбою периода при известных для него значениях /вр может быть подсчитан по приве генным выше формулам с включением в них длительности этого периода z, а также нодсгановкой вместо ?(| соответствующих средних значений ?вр Таким же путем по гучаются усредненные шачения относительных тепловых потерь и нагрузок систем отопления иш вен г иняции
,1> ,ч>
Ф^'п - , <7-21)
*|1Н 41
фСр - ' *н1 ‘I’l'n ‘*>li в (7 21а)
Фо. - р (/21а)
1П ' I II
/;ср _ fcp\ /-ср
‘Р — v/boi 1V вн * н / тср вен г ^возд
I’mciii ~ z’p /.р __ .р вент\ Tin
VJBOLlVlBH 1Н / '“'ВОЗ 1
(7.216)
1тии системы вентиляции рассчитаны ни iv же юмпературу наружного воздуха, р от
'ио и сис1емы отопления ф , то значения I’1’ но всех формулах (7.21) совпадают, а в норму ле (7.216) следует заменить вен7 на »!'" 1 ели же значения грвен1 выше, чем а в рассматриваемый период попадают
iVikii с наружными температурами в интер-iiii'ic oi грве,п до тр0', то значения г„р и формуле (7.216) отличаются от таковых и (нн|||Ы1Ых формулах (7.21) и должны пи н нш ынаться отдельно. В обоих случаях
I in суммарного расхода теплоты получаем
- СЛ.Г + Ж = + фвенгСвент)'
(7.22)
При измерении длительности периода , I, для суммарных расходов теплоты по формуле (7.22) получается размерность Джоуль. Поскольку в климатологических снрпночниках [99] значения длительности, ник правило, приводятся в сутках (zcyl), io при их использовании в формулу (7.22) i iieaye। вводить повышающий коэффициент Кб4<Х). Кроме того, системы приточной вен-НН1ЯЦИИ обычно функционируют не кругло-lyiomio, а только в рабочее время соотноси вующих общественных или производ-11ценных зданий. В таких случаях в суммарные расходы теплоты системами вентиляции ин|жсп быть введен коэффициент рсуг, равный in ношению средней суточной длительности pnGoibi этих систем к 86400. При укрупненных расчетах по различным группам общественных зданий нормами [22] рекомендуется исходи ib из среднего числа часов их работы и 1ечение суток, равного 16. что соответ-cniycr значению (Зсу, = 0,67. В результате формула (7.22) приобретает следующий вид:
QeyM = 0сум + =
- 86 400zcyT (Фотбот + РсутФвенгбвен, ) (7.22а)
Определение суммарных расходов тепло-ил системами отопления и вентиляции чаще itcei о приходится выполнять для отопитель-но| о периода в целом.
Данные о средней продолжительности ною периода z0T для различных населенных пунктов совместно со средней темпера-|урой наружного воздуха за этот период фр °т приведены в нормах [6] (см. также нрилож I). । де их значения отнесены к двум р.ишчпым । емнературам наружного iioiiyx.i inoiiii'h покипим началу и концу опиши и ни......... |>1н> и л именно: либо
г',1'" । । и" । । 10 ( При ном
имеется ссылка на указание Госстроя СССР о допустимости применения значений ?макс _ OQ только для лечебных, детских дошкольных учреждений и домов-интернатов с расчетной температурой воздуха в помещениях г£н = 20-?22°С (см. табл. 7.1).
В нормах [22] упоминается только одно значение ;^акс = + 8 °C, а в [20] все сутки со средней температурой наружного воздуха ниже г^‘1КС = + 10°С отнесены к холодному и переходному периодам.
При определении суммарных расходов теплоты на отопление и вентиляцию зданий в целом по жилым районам нормами [22] рекомендуется исходить из усредненного значения температуры воздуха для жилых и общественных зданий гРн = +18 °C. Подсчитанные исходя из этой температуры и r„‘iKC = +8 °C значения фуРпог для отопительного периода в целом почти по всем населенным пунктам находятся в интервале ФтР1101 = 0,42 -г 0,55 (см. прилож. 1). В качестве типичного среднего часто принимается значение фсгрпот = 0,5, при котором средняя за отопительный период разность температур воздуха в помещениях и наружного гвн — гнР от составляет половину расчетной разности — гр 01.
При точном определении суммарных расходов теплоты за отопительный период для систем вентиляции, рассчитанных на температуру наружного воздуха гр ве/” (параметр А) по формуле (7.22), требуются данные о продолжительности той наиболее холодной части отопительного периода в течение которой температуры наружного воздуха tH находятся в интервале от гр вент до гр01, а также о средней температуре наружною воздуха за эту часть периода г[р х01'. При наличии таких данных значения Фвент’ могут быть определены по формуле
Фвеи?1 =
~хо I
.р ___.ср от__zoi (tp вент__.ср хо т
1вн 'н мн ‘н
________________^от____________________
.р ____ fp Bern
1 вн ‘н
(7.23)
Для укрупненных расчетов достаточно точным является приближенное соотношение
тср 01 ж вент
.р _.cpoi cpoi
1 ВН ‘н ____ _ V I п
.р рвет р Hein’
1 ВН 1Н V I 11
(7 23а)
7.2. Расходы теплоты на горячее водоснабжение зданий
Наряду с расходами теплоты на топление и вентиляцию зданий за счс! ее отпуска в горячей воде могут быть покрьны
83
также расходы теплоты на системы горячею водоснабжения этих зданий. Г орячая вода из таких систем может расходоваться на бытовые нужды в зданиях всех групп, а в производственных помещениях — также и на технологические нужды. Бытовое горячее водоснабжение является одним из основных видов благоустройства зданий.
По нормам для жилых и различных групп общественных зданий [30, 43] все они также должны оснащаться системами горячею водоснабжения, а для отдельных групп в соответствии с их назначением необходимы большие расходы горячей воды (предприятия общественного питания, бани, прачечные, бочьницы, спортивные сооружения).
Для систем горячего водоснабжения, охватывающих здание в целом, температуру воды на входе приходится поддерживать не ниже уровня, соответствующею наивысшему из требуемых для водоразборных приборов различных типов. При этом снижение температуры до необходимой для прибора данного типа осуществляется за счет смешения горячей воды из системы с холодной, а соответствующий расход горячей воды составляет
Gr = GCM . (7.24)
f t 1 X
Здесь GCM, кг/с, и ’С — расход и температура используемой горячей воды после ее смешения с холодной водой при температуре гч, °C; G,, кг/с, и г,, °C — расход и температура горячей воды, поступающей в систему горячего водоснабжения.
Расчет систем бытового горячего водоснабжения основан на указаниях норм [19]. Этими нормами предусматриваются различные минимальные температуры горячей воды перед водоразборными приборами, а именно 60 С лгя централизованных систем горячего водоснабжения, присоединенных по открытой схеме, и 50 4' дгя этих систем, присоединенных по закрытой схеме (см. гл. 1). Максимальная температура воды перед водоразборными приборами из-за опасности ожогов в любом случае нс должна превышать 75 °C.
При проектировании систем горячею водоснабжения следует учитывать требования норм [19] к качеству воды этих систем, которая должна соответствовать оговоренным в ГОСТ 2874-82 нормам для питьевой воды: химическим (сухой остаток, общая жесткость, содержание ионов железа), органолептическим (запах, привкус, цветность и мутносгь) и бактериологическим. Так как ним показателям по нормам должна соответствовать вода .любых систем хозяйственно-питьевого водоснабжения, то для получения горячей воды следует использовать холодную воду только из таких систем.
R4
При закрытой схеме это достигается подачей к нагревателям воды из водопровода, предназначенною для водоснабжения соответствующих зданий. При открытой схеме вода из хозяйственно-питьевого водопровода или другого источника водоснабжения, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 2874-82, должна использоваться в теплоисточниках в качестве подпиточной т гя тепловых сетей.
При определении суммарных расходов во ты за какой-либо промежуток времени (обычно час или сутки) следует исходить из количества и средней продолжительности включения приборов каждого типа в течение этого промежутка. Соответствующие значения как мгновенных, так и суммарных часовых или суточных расходов воды могут быть получены только путем измерений этих расходов в типичных системах с обработкой результатов статистическими методами. При этом по мере увеличения количества приборов в испытываемой системе водоснабжения и удлинения периода измерений полученные амплитуды колебаний расходов воды сокращаются, а расходы становятся бочсе устойчивыми. Поэтому для централизованных систем, охватывающих группы зданий, каждое из которых насчитывает множество водоразборных приборов, суммарные секундные расходы воды могут иметь значение только для расчетов внутренних систем водоснабжения отдельных зданий.
В системах, охватывающих целые микрорайоны, а тем более жилые районы, вчия-ние внут ричасовых колебаний расходов воды также становится незначительным [116]. Поэтому при расчетах трубопроводов таких систем в качестве исходных принимаются расходы воды за 1 ч или сутки максимального водопотребтения. Эти расходы определяются в основном не средней продолжительностью включения отдельных водоразборных приборов, а укрупненными показателями, зависящими от назначения и пропускной способности или вместимости зданий соответствующих групп.
В нормах [19] представлены удельные показатели расходов горячей воды и gi/aKC максимального водопотребления, отнесенные к единице пропускной способности или вместимости для зданий различных групп. В этих показателях температура горячей воды г[ при закрытой схеме принята равной 55 ЭС, т. е. на 5 С выше, чем ее минимальная температура перед водоразборными приборами, с учетом того, что такая температура должна соответствовать средней в водоразборных стояках системы горячего водоснабжения здания При открытой схеме
ими *c нормами расходы горячей воды Р< й >»м<'п/Ivv 1 ся пересчитывать, исходя из ее >Р< цк*(| । смперагуры в стояках, равной г, = -ft* < 1акой пересчет производится по фирму 1<‘
гР — f
G, = Gf (7.24a)
h
f|pn/|* *»S (.’, it = 65 °C и rx — 5 °C получаем
it, (<r o,xi
Il нормах [19] приведены также значении у iv и.пых показателей расходов горячей ио H.I oi несенные к средним суткам за ото-iiiii. ii.ni.iii период Эти значения целе-। <наip.i пк> использовать в качестве исходных ini шех расчетов по расходам теплоты на । прнчсе ни юсиабжение. При этом взамен Оринг iciiiii.ix в нормах значений удельных р.п хи uni горячей воды за сутки g£VrKt’ । । у । и hi час л/ч, максимального
н<. к пн»। реб тения в таких расчетах проше in чп ши. m соответствующих значений коэф-ф|нщс|нон суточной КСХ1 и часовой Кч не-piiiiuoMcpiioci и, определяемых соотношениями
Ксу1 (7.25)
K4 = 24^dk7gtir. (7.25а)
Расходы воды £^7 g^JKC в нормах | |М| укатаны в литерах, но без ущерба для । очное [и можно те же значения относить к I hi, чю удобнее при расчете расходов Iсино Iы.
В 1абл. 7.2 приведены шачения ni/cyi, для жилых и различных групп общественных и производственных зданий, отнесенные к единице их вместимости или пропускной способности, вместе с соответствующими значениями коэффициентов Ксу1 и Кч.
Для многих групп общественных зданий, хараюеризующихся равномерным использо-нпиием в недельном разрезе (больницы, сана-юрии, гостиницы, театры, спортивные сооружения и др.), колебания суточных расходов поды по дням недели несущественны, а потому для них рекомендуется принимать Кс>1 = 1. Для групп общественных зданий, работающих с выходными днями, характерны повышенные значения коэффициента суточной неравномерности: Ксуг = 1,15-г 1,40.
Методика определения расчетных (максимальных) часовых расходов горячей воды для зданий с заданной характеристикой водоразборных приборов изложена в нормах [19], а результаты расчетов по этой методике Приведены в [95, 143], откуда заимствованы значения А.ч для oi ге нянях жи iux зданий или их । pvnii при суммарном кочичесгве ЖИ1С icit oi I М) in ?()()()()(। ли । 7 1)
Как видно из табл. 7.3, даже при общем количестве жителей порядка 10000 — 20000 чел. значения Кч, подсчитанные исходя из суммарного количества водоразборных приборов, существенно выше, чем по укрупненным показателям, приведенным в табл. 7.2 (2,4 —2,6 вместо 1,9 —2,0)
Как показывает опыт эксплуатации тепловых сетей, работающих по открытой схеме, значения Кч по 1абл. 7 2 для жилых зданий достигаются только применительно к максимальным часовым расходам горячей воды по жилым районам в целом [116]. В нормах по проектированию г силовых сетей [22] для комплексов жилых и общее г венных зданий рекомендуются значения Кч = 2,0-2,4.
В табл. 7.2 отсутствуют те группы общественных зданий, для которых суточные расходы горячей воды по нормам [19] определяются исходя из количества произведенных процедур независимо от их длительнос'1 и и удельного расхода воды на одну процедуру.
В подобных случаях суточный расход горячей воды подсчитывается как произведение ее удельного расхода на одну процедуру и суточною количества процедур, а коэффициенты суточной и часовой неравномерностей в нормах не указываются. При отсутствии в нормах [19] соответствующих данных о расходах горячей воды на единицу пропускной способности или процедуру допускается определение расчетных расходов горячей воды исходя из ее характерного (максимального часового) расхода для данного типа водоразборного прибора и количества таких приборов. Полученные таким способом расходы соответствуют часу наибольшего водопотребления. Данные об удельных расходах горячей воды на одну процедуру или водоразборный прибор для различных групп общественных зданий сведены в табл. 7.4. При подсчете по этим данным суточных расходов горячей воды требуются дополнительные сведения о числе часов работы в сутки соответствующих систем, а также о длительности выполнения одной процвдуры.
В табл. 7.2 и 7.4 приведены данные только по расходам горячей воды в ki . кг/ч или Ki/cyr. Для определения ио ним соответствующих расходов тепло!ы и системах горячего водоснабжения с leave i шхо дит ь из формулы
Q, в = - /х) (7 26)
Здесь G, — расход горячей воды, м1111|>ыit при определении расчетных расходов icn ioh.i целесообразно измерять в ki/c. а при niipi делении суммарных расходов icnnm.i ы любой промежуток времени в м . „ средняя массовая (еплосмкосiь ио на и инк р
ю
хаилица /.2. Нормы расхода горячей воды за средние сутки отопительного периода g^T, кг/сут на единицу пропускной способности или вместимости зданий различных групп при Рг = 55 °C и разной оснащенности водоразборными приборами по нормам (19| и соответствующие значения коэффициентов неравномерности Ксут и Кч
Группа зданий и характеристика водоразборных приборов Единица пропускной способности иди вместимости здания Средняя суточная норма расхода горячей воды на единицу пропускной способности £сут- кг/сут Значения коэффициентов неравномерности
А'сут
I. Жилые здания
Жилые здания квартирного типа: с умывальниками, мойками и душами 1 житель 85 1,18 1,90
с душами и сидячими ваннами То же 90 1,22 2,01
с душами и ваннами длиной 1,5—1,7 м » » 105 1,14 2,00
при высоте зданий более 12 этажей и повышенных требованиях к благоустройству Общежития: » » 115 1,13 2,01
с общими душевыми » » 50 1,20 2,52
с душами при всех жилых комнатах » » 60 U7 2,81
с общими кухнями и блоками душевых на этажах » » 80 1,12 2,00
II Общественные здания
Больницы с общими душами и ваннами 1 койка 75 1,0 1,73
Больницы инфекционные То же НО 1,0 2,07
Санатории и дома отдыха с ваннами во всех жилых комнатах » » 120 1,0 1,00
То же с душами » » 75 1,0 2,62
Амбулатории и поликлиники 1 больной 5,2 1,15 1,40 4,47
Детские ясли-сады с дневным пребыванием детей, столовыми и прачечными 1 ребенок 25 5,43
То же с круглосуточным пребыванием детей То же 28,5 1,40 4,80
Учебные заведения с душевыми при гимнастических залах и буфетами 1 учащийся и 1 преподаватель - 6 1,33 3,60
Общеобразовательные школы с душевыми при гимнастических залах и столовыми То же 3,5 1,17 6,86
Школы-ингернагы со спальными помещениями 1 место 30 1,0 4,80
Театры То же 5 1,0 1,44
Административные здания 1 артист 25 1,0 2,11
1 работающий 5 1,40 6,86
Гостиницы, мотели и пансионаты с общими душами и ваннами 1 проживающий 70 1,0 2,81
Гостиницы и пансионаты с душами в отдельных номерах То же 140 1,0 2,06
Гостиницы с ваннами в отдельных номерах (до 25 % общего числа номеров) » » 100 1,0 2,50
То же (до 75% общего числа номеров) » » 150 1,0 2,40
То же во всех номерах » » 180 1,0 2,16
Парикмахерские 1 рабочее место 33 1,06 3,22
86
Продолжение табл. 7.2
Группа зданий и характеристика водора«борных приборов Единица пропускной способности или вместимости здания Средняя суточная норма расхода горячей воды на единицу пропускной способности ^сут, кг СУТ Значения коэффициентов неравномерности
A’cyj /сч
Мши зимы промтоварные 1 рабочее место 5 1,40 6,86
Мшизины продовольственные То же 65 1,0 4,00
С1 инионы и спортивные залы с учетом приема душа 1 физкультурник 30 1,0 2,00
1 спортсмен 60 1,0 2,00
1 зритель 1 1,0 2,40
Пливательные бассейны с учетом приема души 1 спортсмен 60 1,0 2,00
III. Бытовые здания и помещения промышленных предприятий
Цехи с тепловыделениями до 23,3 Вт ни 1 мч помещения
То же с тепловыделениями более 23,3 Вт на 1 м7 помещения
1 работающий в смену
То же
11
24
1,0
1,о
9,6
8,4
Примечания: 1. Нормы расхода горячей воды соответствую! средней icxiiicp.iiype воды в водоразборных стояках систем горячего водоснабжения 55°C
2. Нормы расхода горячей воды в общественных зданиях вкпочаю! и<и р.цход па обслуживающий персонал, посетителей и уборку помещений
3. Нормы расхода горячей воды в производственных игапиях и их oi.houi.ix помещениях не включают эти расходы на душевые установки, коюрые с ie;i\ei oiipi u uni. пополнительно по табл. 7.4
вале от температуры холодцов поды /, до температуры горячей поды г, (примерно О —70 °C). В этих предо nix iii.i'iciiiih юн io емкости воды св измспяюня не нычп iг и.но. а потому при расчегах р.ихоюн irn mii.i in> формуле (7.26) можно но ню t iy члих при нимать единое значение 41К s Дж (ю hi [106].
При определении расхо гон юн ниы . и дует исходить из обоснованных icmih p.ii \ p холодной воды fx. В нормах | '.’| р<ы.м,и дуется в качестве pacnei нон при пюи ишп более точных данных npiiiiiiM.ni н мп- р и \ р\ ^Р-От = 5 °C ДЛЯ OI ОНИ I <’ ll.lloi о iii|4h.n И fP-1 =15°С ДЛЯ 1CIIH4O ...............iiiiiiI
периода. Фактические hi.pb пои < • ~м<> г »• у |>* > Гх ПО ОТДеЛЬНЫМ Миши i . чц. и ”If»i»if главным образом x.ip.o. о рш > ><к.>ii..шин
водоснабжения, хин у I Hi 111 ,
ных управлениях ны-i
При по । ............. «•<•< -л |<а. <.и
температуры нт.......। « ,* > ' ( • >. ,<< ниц
воды, /nipt и............ ...... , ।ц! . ’ '
и 7.4, принц in- ' • " ”” >> 'ч i hi
пера i x pi.। , ’in
ины пн по ни реп и «меняются в соот-вен iiiiin ! форму nill (7.26) и подлежат iicpctHciy п< x...и нюiношения
11 - w'“ <7-26a) • I ‘X
II ЧШ i ши i в, при = 55 °C и rC07 = * i i ih nt huh юльного периода повыше-llllf I ИМ11Г|1|| I уры холодной воды до 1 = - И । н i₽। ний период приводит к сниже-iiiiiH pai ходов 1еплсф>1 на горячее водоснаб-♦ Fiiiir нн 20%. В этот период рекоменду-р||Я учи।ыниIь снижение расходов горячей ни на ни 20% [22].
Рисходы горячей воды в часы наибольшем > йодопотребления и соответствующие нм расходы теплоты являются исходными нрн определении потребных поверхностей ।аннюбмена водонагревателей [95]. Для их । окращения нормами рекомендуется при соответствующем обосновании предусматри-йй1Ь в системах горячего водоснабжения о|дельных зданий или их групп установку баков-аккумуляторов горячей воды [22]. При этом пики нагрузки горячего водоснабжения
Таблица 7.3. Значения коэффициента часовой неравномерности для отдельных жилых зданий или их групп при различном суммарном количестве жителей в соответствии с нормами |19| и результатами расчетов, приведенными в [95, 143]
Суммарное количество жителей, чел 150 250 350 500 700 1000
Значения для жилого здания или группы зданий 5,15 4,3 4,1 3,75 3,5 3,27
Суммарное количество жиге пей. чел 2000 3000 4000 6000 10 000 20000
Значения Кч для жилого здания или группы зданий 2,97 2,85 2,78 2,7 2,6 2,4
Таблица 7.4 Нормы расхода горячей воды на одну процедуру или один водоразборный прибор для зданий различных групп при г1' — 55 °C по нормам [19]
Группа зданий и характеристика процедур Единица измерения Нормы расхода горячей воды
на одну процедуру gr< К| на одну душевую сет ку grMaKX, КГ/Ч
Предприятия общественного питания для при- 1 блюдо 12,7 —
готовления пищи, реализуемой в зале
То же, продаваемой на дом То же 11,2 —
Бани для мытья в мыльной с тазами и обмы- 1 посетитель 120 —
ванием в душе
То же с приемом оздоровительных процедур То же 190 —
То же в душевой кабине » » 240 —
То же в ванной кабине » » 360 —
Прачечные:
механизированные 1 кг сухого белья 25 —
немеханизированные То же 15
Душевые в бытовых помещениях промыш- 1 душевая сегка — 270
ленных предприятий в смену
покрываются за счет разрядки бака-аккумулятора, а его зарядка, как правило, осуществляется равномерно в течение цикла, охватывающего либо сутки, либо их отдельные часы (например, ночные). В жилых зданиях такие баки размещаются редко в связи с повышенными требованиями техники безопасности и защиты от шума.
В ином положении находятся общественные здания, особенно являющиеся значительными потребителями горячей воды. Для многих групп таких зданий установка баков-аккумуляторов горячей воды является необходимым условием их бесперебойного функционирования.
При открытой схеме в соответствии с нормами [22] установка баков-аккумулято
88
ров подпиточной воды пос ic ее подготовки и до подачи в i епловыс сет является обязательной для всех i сплоисгочников (ТЭЦ, котельных). В лих нормах oi оворены значительные масппабы pei у пирующей емкости таких баков, cooibck тующей 8—10-часовому запасу 1еп ины при среднесуточном расходе ccieiioii нот на юрмчее водоснабжение.
Однако устнонка о.зкон-аккумуляторов горячей воды в iен iohciочниках сказывается только па выборе их оборудования и режимов рибозы, но не на них режимах для теиновых ссзей, коюрые при наличии таких баков определяются максимальными расходами ее зевой воды, включая разбираемую в системы зорячезо водоснабжения.
I v'leioM >ioiо обстоятельства в нормах [22] HpMVi мп i pimaeicfl возможность размещения iipii oihpi.noii схеме до 75% всей необходимой pri v шрукмцсй емкости в баках-аккуму-iHiopnx, усишавливаемых в районах тепло-iioipt’o ihihh (на районных или групповых ten юных iiyiiKiax). Режимы работы тепловых ♦ rii'd io них тепловых пунктов в таких ♦ Ix'iunx Moiyi рассчитываться исходя только in । рг тих иу1очных расходов сетевой воды нн t in । i'mi.i юрячего водоснабжения.
Дино ши । ельные осложнения, связанные । рг иошсрсменными в> суточном разрезе ре-♦ HMiiMii пшрузки систем горячего водоснаб-«СЧ111Н. пи шикают из-за необходимости под-н*11*н1111и шданных нормами минимальных If Miiepu । ур i прочей воды перед водоразборными приборами в периоды резкого сокра-iln iiHH рнсходов этой воды, например в ноч-П((₽ нргмм В эти периоды тепловые потери । рхГюнронодов систем горячего водоснабжении in in малых скоростей воды приводят к (ннжепию ее температуры в конечных УЧН11М1Х систем, в связи с чем не только пнруннно ।ся нормативные требования к тем-нерп type юрячей воды перед водоразборными приборами, но и возникают дополни-ie ii.in.ic расходы воды и теплоты из-за слива ноipc6niелями остывшей воды из системы. Дни сокращения таких потерь должна примени! вся постоянная циркуляция неразобранной поды по замкнутому контуру, резко пикающая влияние тепловых потерь на irMiicpaiypy воды в конечных участках llll'lCM.
В нормах [19] содержится требование обеспечения циркуляции воды в централизо-мнпных системах горячего водоснабжения, и 1акже учета тепловых потерь подающих и циркуляционных трубопроводов при определении расчетных и суммарных расходов Iоплоты, подаваемой в эти системы. Таким образом, эти расходы для систем горячего водоснабжения определяются:
е[в = б>рсв(бр-^) + етрп; (7.27) - г?) + 6%]'. (7.27а) Здесь значения измеряются в кг/с, G[yM — в кг при разности температур t[ — - fP = 50 °C.
Тепловые потери Q? п и Q?n определяются протяженностью и диаметрами трубопроводов систем, а также разностями 1ем-ператур между водой в этих трубопроводах и окружающей средой. Для компенсации этих потерь .необходим добавочный расход циркуляционной воды Gg сверх его расчетного расхода, определяемый [19] из соотношения
GP-(.TOBAfP. (7.28)
Здесь — расчетные или суммарные тепловые потери подающих трубопроводов систем горячего водоснабжения, a Atg — расчетный перепад температур между подающими и циркуляционными трубопроводами этих систем, принимаемый равным 10 °C [19].
При закрытой схеме вода из циркуляционных трубопроводов поступает для до-грева в водонагреватели. Поэтому протяженность двухтрубных сегей iпряча о водоснабжения определяется выбором меш оположе-ния теплового пункта для размещения этих водонагревателей, а точное определение значений п, и G1] возможно iojii.ko при проектировании соответствующих централизованных систем горячего водоснабжения. При проектировании тепловых ceien до iсиловых пунктов приходится прибоан. к ориентировочной оценке этих значений В cooi-ветствии с описанной в [95, 143] метликой такой оценки все виды тепловых поIерь учитываются поправочным коэффициешом Кт п на расходы теплоты, отпускаемой из систем горячею водоснабжения. При эюм формулы (7.27) видоизменяются следующим образом:
Q[B = (1 +K?n)GPcB(tP-tP); (7.29)
Q[yBM = (1 + К тсупм) G[yMcB (tP - ?Р). (7.29а)
В приведенных в [143] значениях К, п учтено, что в часы максимального водораз-бора расходы циркуляционной воды, а также теплоты на ее догрев незначительны. В суточном разрезе эти расходы состоят из следующих слагаемых: 0,1 на полотенцесушители; 0,1 на тепловые потери трубопроводов в зданиях при изолированных, 0,2 при неизолированных стояках и 0,05 на тепловые потери распределительных тепловых сетей В результате в качестве основного можне принимать значение =0,25. При неизолированных стояках это значение возрасзас! до К]ув' =0,35. а в случае отсутствия по io тенцесушителей его следует принимать р.ш ным соответственно 0,15 или 0,25.
Определение суммарных расходов н-в ю ты на горячее водоснабжение здании н> формуле (7.29) обычно выполняем.я кю< в суточном, либо в годовом разрею В in р вом случае в эти формулы подеши i»n«> и • соответствующие значения m i.m i / и 7.4 применительно к расходам lopn'iii воды за сутки наибольшего водоноi рю и инн т. е. с учетом коэффициента При ш" температуру холодной воды Ц1 cue iyci при нимать равной ее темпера!урс в m нипни.' питьевого водоснабжения даппою н.в < в и НО!о пункта применительно к н.нню io лодному месяцу юла.
Годовые расходы теплоты на горячее юдоснабжение зданий определяются по эормуле
Q17 = (1 + КРХ) су1св [z01 (гр - fP от) +
+ 8 ,(ггод - z01)(fP - гр ')]. (7.30)
Здесь значения Gfp су1 измеряются в сг/сут, а значения z0I и г|0Д, сут, соответствуют фодолжительности отопительного периода 1 всей продолжительности работы систем в течение года.
В нормах [22] рекомендуется принимать г10Ц = 350 сут исходя из двухнедельного пере-эыва в работе систем горячего водоснабже-4ия в летний период для проведения ремонтов. Наконец, коэффициентом 3, = 0,80 учитывается снижение суточных расходов горячей воды в .летний период.
7.3. Укрупненные показатели расходов теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение
При разработке схем теплоснабжения для определения расчетных расходов теплоты на отопление и вентиляцию зданий вместо методики, изложенной в нормах [20], необходимо из-за отсутствия исходных данных использовать специально разработанные укрупненные показатели, что и предусмотрено нормами проектирования тепловых сетей [22]. Такие показатели, полученные на основе анализа результатов точных расчетов по расходам теплоты на отопление и вентиляцию зданий, обычно относятся к 1 м3 наружною объема соответствующих зданий. 11осконьку расходы теплоты на отопление (Л,, и пеш и няцию QBeHr, как видно из формул и (7 5), бе у учета внутренних тепловы-|г ii'inHi примерно пропорциональны разит in । (мнера । ур наружного воздуха и воз-оч,| и н<iMi'ii н-ннях |Вц — ?н, в качестве таких уврт нн» иных iiok.i ia ючей на 1 м3 наружного >|Г1|.ч-1 >hiiiii(i I,, принимаются следующие П| 1|М 4 I Hint
(7.31)
QE._______
С? Ш-И1 Л \
। .Р »р вентх ’ (7-31 а) ''ин )
1Г HiiiHiii ,/ , и .... Hi/(m‘ К), опреде-
•«|< <|> ।х ।.1 ми (/И) и (7 3|а), называ-
.... « • <«•<< ин iiiiti vicii.iii.imh отопитель-
ными •• > .himii urn।и 1НЦИОНПЫМИ харак-i> pin ин.. > >< и пых । пиши или их групп.
Hpi'iK'i............ между расходами
iciHioii.i о । ....... > iniiiiii и разностями
температур воздуха тнн — napyniji-н и и । чу-чае учета внутренних ien hhh.i u icniih Поэтому аналогично опцииic ii.iii.im низовым потерям по форму ie (7 I?) <><> и, >>i>>•< но-ванно рассматрива 11. ш.тения </ , н<> формуле (7.31) как удельные харак icpii, ihkh к питых потерь q, п, xapaKicpiiiycMi.il < >н>|шппгпнсм
0вн f н । । < И I... 11. '
Такое уточнение п< и < <......... иотму,
что обязательное 11. ни i.i нш .... irii'io-
выделений в жи n.ix ii.iihph • >i > >| •« ii«i ннп.-
ко в последней pc i.ikihhi норм | ’<>| и ранее разработанных про» м.н ............ip< ir шпни
расчетных расхочон 1<111<<111 .........нищие
уЧИТЫВаЛИСЬ Ю И.КО IiIIIhiii.H lioopil 1ЧНННЙ через ограждапнипс »< нш । ру в шш < рнмнм-ными надбавками
Значения </|11(|| по <|><>рму >< i ' Ни) । нщуст определять исхо 1я и > рн ..........i ины па
подогрев наружно............> о» । Пропор-
циональность МСЖ 1У hi 1 << П1Р1МН Vhhii и fBH — fH сохранней я о. ом. при \< ioimn поддержания П0С1 ОЯИ1КЧ о |>Н1Н|« НИ) ptIHICMOI о в калориферах napy-i........ idhiim ьМ11 что,
как правило, iimcci ............in ipmiix при-
точной вентиляции при к iurpatypin ною воздуха не ниже /['" "
Значения у ic п.поп « >р о. icpin iнии тепловых потерь । i.iiiiin ./ HiHiit hi hi miioi их факторов и пре,к и H.IIO oi oi ношений наружных IIOIhpMlo. । > П nilCIMIMI МИДОВ ограждающих коп< ipyinun > 1 и • maiHill к их объему, а 1акж< ............piiionrix шпчепий
сопротивления о...........р< ши minci-
рукций.
В соозвен нш» > нормами |М| у надует выделять 'icii.ip. ........ <н рнж ihhhihu кон-
струкций У.l.lII ПН < п Н ИН" наружные ........................... иоиерх-
ностью Fu. м и > .xipoiitH ipihipm iон iiiiicpc-даче T?LI, m ' k И <
зап о ни ни >i. к. 1 • < и 11 • нроимой (1 1 *11, балконных llicpilll ииивриии I bill I (||„ M2, И сопро I III' I. IIH. 1 I I II IO|l₽pP 1НЧГ Knp, m2 • K/B1.
покры I II X II <> I .. impi-kpl.l 1 ни г на-
ружной поп, 1"и. <ii" I , >i‘ 11 1 nii|Hi 1 палением I Cl I I" 11, 1 >>< h м ‘ I' III
nepchpi 11 и., x , > >>•• m > .инн и по ши 11.ЯМИ с наружно................ ... 1 ( »Г и ioiipo-
тивлен1п м .......‘p> inn H ( m' k'lli
3ll. I'll Illi. I I 1.Я nil III 01 рпж-
даюнпн I "Il >1 I null inipr 11 iHloliH HU oc-
hobiioii Ф"| . • । I) II 1к(цнн>н11ых расчетах on' >..,' nuinpi. < HiiHiii наружные
cieni.il>. > > рн inn pm 1 мп 1 piiini 11. 1 oiiMccr-
HO < ............I 114 lUCIIIIH.IX нрогмоп при
их < \ । ., . <> <1"1н рмюс 1 и, ранной
I' пир ~ /'ci + tip (7.33)
( Xuiicc сопрогивление теплопередаче наружных еден с заполнениями световых проемов составляет
/^нар = (1 Рост) /^ст + Рост^пр (7.33а) Здесь рост — коэффициент остекления
Рост = F пр//'' нар- (7.336)
Значения росТ определяются требованиями норм [9] к естественной освещенности помещений, в частности жилых комнат. Этими требованиями фиксируются значения коэффициента естественной освещенности при одностороннем боковом освещении в точках, расположенных на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от светового проема, и на высоте 0,8 м от пола. Исходя из этого коэффициента по описанной в нормах методике определяется необходимое соотношение между площадью световых проемов и площадью пола соответствующих помещений. Для жилых зданий значения коэффициента остекления обычно находятся в интервале росг = 0,104-0,25 [113, 135]. По тем же нормам увеличение площади световых проемов сверх соответствующей нормативной естественной освещенности запрещается.
Минимальные значения сопротивления теплопередаче различных видов ограждающих конструкций, кроме заполнения световых проемов, должны с учетом санитарно-гигиенических требований соответствовать указаниям норм [8], в которых приведены значения максимальной разности между расчетной температурой воздуха в помещении и температурой внутренних поверхностей различных ограждающих конструкций А1К = = 15н ~ 1Г Эта разность температур для жилых и многих групп общественных зданий по нормам принимается равной Аг™ = 6 °C для наружных стен, 4—5,5 °C для покрытий и чердачных перекрытий и 2 —2,5 °C для других перекрытий. Этим заданным значениям Аг®н соответствуют минимальные значения 1?кИН, равные
у^МИН __
п (1£н - от)
(7.34)
^вн^к
В частности, для наружных стен при ави = 8,7 Вт/(м2 • К), Аг™ = 6 °C и ис1 = 1 получаем
пмин
К ст
fP _ fP от 1 вн 1 н
52,2
(7.34а)
Для/покрытий и чердачных перекрытии при At®^ = 4 4-5,5 °C и ипок = 1 в знаменатель формулы (7.34а) следует подставлять значения 34,8 — 47,8, а для перекрытий над
подвалами или подпольями при Л(„"р = = 24-2,5 °C и ипер = 0,6 — значения 29,0 — 36,2.
Для заполнения световых проемов используется одинарное, двойное или тройное остекление, а иногда стеклопакеты или пустотелые стеклянные блоки. Значения Rnp для таких конструкций, приведенные в нормах [8], определяются в основном количеством слоев стекла. В тех же нормах для различных типов зданий, а также интервалов значений расчетной разности температур воздуха 1£н — 15 01 оговорены следующие минимальные значения Я^р" для жилых и многих групп общественных зданий:
при 1£ц —1£от до 25 °C, т. е. при 1£н = = 18 °C и 1£от до —7 °C, Я>”’” = = 0,17 м2-К/Вт, что примерно соответствует одинарному остеклению;
при fgH — 1£от от 25 до 44 ’С, т е при 1£н = 18 °C и 1Р°Т от -7 до -26 °C, Я"’1" = = 0,39 м2 -К/Вт, что примерно соответствует двойному остеклению или двухслойным стеклопакетам;
ПРИ гвн — гн от от 44 до 49 °C, т. е. при тРн = 18°С и гР°т от -26 до -31 °C, КпрН = 0,42 м2 • K/Вт, что примерно соответствует двойному остеклению в деревянных раздельных переплетах;
при 1£н — 15от свыше 49 °C, т. е. при 1РН = 18 °C и 1Р°Т ниже -31 °C, Я”рин = = 0,52 м2 K/Вт, что примерно соответствует тройному остеклению или сочетанию двухслойных стеклопакетов с одинарным остеклением.
Подставляя эти значения Я„рИ вместе со значениями ЛетВ * * 11” по формуле (7.34а) в формулу (7.33а), можно при заданном коэффициенте остекления рост определить минимальные значения R„"p для наружных стен совместно с их световыми проемами.
При известных значениях FK и RK для ipex основных типов конструкций (наружных стен со световыми проемами, покрытий и перекрыт ий) расчетные тепловые потери гдапия могут быть определены по формулам (7.2) при (щ = 1вн и гн = гн от, а соответствующие значения удельной характеристики геп'ювых потерь г?т п (без учета повышающею коэффициента 0Надб) — по формуле
q =________6Ll___ =
чтп у (ГР — tP От) гздЦвн *Н *
— 1— | FнаР | Нпок/^ПОК | HnepFnep \ 35)
Нд \ /^нар /^пок /^пер /
Здесь по нормам [8] нпок = 0,9 4-1,0; лпср = 0,4 4-0,9. При этом (за исключением редко встречающихся зданий сложной кон-фиг урации) можно исходить из вертикальною расположения наружных стен, имеющих
Q1
остоянную высоту h и толщину по всему аружному периметру здания в плане с сум-|арной длиной этого периметра PiX, а также з горизонтального расположения плоских окрытий и перекрытий, поверхности кого-ых лишь незначительно отличаются от лощади, занимаемой зданием в плане FV1. огда можно принять = hF3д; FHap = = hP3 р Fn0K st Fnep st F3 откуда для значе-ий q} п получается выражение
’"= глг + т(-«—+ (Н ,7'35а) г здлнар п \ лиок лпер/
Значения удельной характеристики теп-ювых потерь qr п по формуле (7.35а) состоят в двух слагаемых, из которых первое зависит от конфигурации здания в плане, а вто->ое обратно пропорционально высоте, но не .ависит от конфигурации. При этом каждая юнфигурация здания в плане может быть эхарактеризована безразмерным коэффи-гиентом СКОНф, определяемым соотношением
^конф = (7.36)
эгкуда
(7.36а)
Наименьшее значение коэффициента <онфигурации, т. е. наименьший периметр Р,л при заданной площади здания в плане F3J, соответствует окружности, для которой СК()нф = 2J/л = 3,545. Несколько больше это значение для квадрата: Сконф = 4 [113, 135].
Для часто встречающейся конфигурации здания в виде прямоугольника длиной / и шириной b при отношении т = l/Ь больше единицы имеем •
1н.1Чспия Сконф по формуле (7.37) воз-|iin 1.Ш11 вместе с отношением т = l/Ь от 4 при hi I до 6,96 при т = 10.
Union. iy я равенство V3l = hFXi и соотношение (7 Ui), выражение для qx н можно ирг К I <11111 I I. и виде , конф / h , " к + 14 мир *1 |
И* формулы (7 37а) следует, что при пщ.шпых шачепиях входящих в нее величин, кроме наружно! о объема здания И,д, удельная харакюриоика тепловых потерь qT п nociencHno снижается по мере увеличения этою обьема. При заданном объеме здания имеется оптимальная высота его /г0||1, соответствующая минимальному значению <утп,
возрастающая пропорционально кубическому корню из объема п составляющая онычно не более половины ширины здания [113]. Однако сооружение зданий m.ihhi ih.kони при значительной площади в и i.uie начнется экономически нецелесообра шым и квадратная конфигурация здании, кроме одноэтажных, несовместима с пормаипшымн ipc-бованиями к естественному m пени нню помещений [9, 52].
В результате з гания в ша и.ока н выше имеют обычно ирямоу! о и.ну к» копфш ура-
цию в плане с oi ношением i ihhi.i к
т = l/h от 2 до 10 Ди, i.nux формула (7.37а) можш ом и. нр< к
в следующем ви ге
2fl + —
\ т / I
4 от = , .
П^нар h
ширине । П1ПИЙ
iап icna
(7 38)
6111 I
Как видно из (7 ЗК) при 11 нншо|| ширине здания b снижение ei о \ к и.ноп хпракге-
ристики тепловых по।epi. моми i 14.111. hocihi-нуто прежде всего за 14i i уш neieiiiiH оню-шения длины к ширине т I h и в шачи-телызо меньшей сiепенн ia > -в i унечичепия его высоты.
Основным КО1К I ру К I I1IHII.1M фпмором, влияющим на тси iobi.h iicmpii । шинй, является выбор матерпа ы пару к им к ( icn и их толщины, чем онре ie i»ik>h и таченпн Ktn. Увеличение этих значении ia < ч< t применения конструкций наружных hui н> мпicpiianoB меньшей теплонропо ню* ।и н ш Оочыней толщины сопряжено t по ipa* hiiiiicm капитальных вложении и.। ( оору ж< нпе (Дания, которое должно бы 11. онрап ьшо пи ни немой экономией расходов ien loii.i ни rio оюп-ление.
В отличие oi М1НШМ.1 ii.in.ix шпчепий ЯуТин, заданных нормами | !< | oniпмпньпые значения R™ опреде ibk>k и ну им гехпико-экономического расчеш <п pa * i.ii<>iiinx конструкций, ЯВЛЯЮЩС1 О( II 01'111.10 ll.lll.IM при типовом проектировании । i.hhiii Меюдика такого расчета, iрепу кип.oi in по и.киыния большого количеенза ш м> инн i.nnn.ix. описана в [8, 94] Важную ро и, при ним играют климатические iiapiMiipii nuinoio населенного пункта, hoihuhi поп определяются годовые теп кип к шигрн пвшия, а стало быть и loiom.n i.np.in.i пи ею отопление. Как еле ixi i и* (/ ’I) н (7 ?2a).
эти годовые тепловые попри i.nim hi от одного комплексною к чнмч । mu ... пира-
метра FKJ1, а именно
Ркл = zol(r',’, б.1 'I ( 7 39)
Входящие в форму ।\ (/ 1‘|| шипения средней длительности окши ic н.шн << иерно-
да zol и средней температуры воздуха за лог период ог для многих населенных пунктов приведены в нормах [6], а частично в прилож. 1 Как оговорено в нормах [94], значения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче приближенно могут быть представлены формулой
= А /Г’ = 4 [Лог(гР,^?нр^). (7.39а)
Здесь А — коэффициент, определяемый г ехнико-экономическими показателями ограждающих конструкций, а также стоимостью тепловой энергии. Расчегы ограждающих конструкций по (7.39а) подтверждают целесообразность повышения их сопротивления теплопередаче по мере перехода к районам с более суровыми климатическими условиями.
При общепринятом изготовлении наружных стен жилых зданий из сборного железобетона в виде крупных блоков или панелей необходимое сопрогивление теплопередаче достигается за счет включения в конструкцию стен специального теплоизоляционно!о слоя (утеплителя) в виде изделии иг минеральной или стеклянной ваты, пенопластов и т. п (см гл. 5).
В конструкциях стен из кирпича стандартных размеров повышение их сопротивления теплопередаче можег быть достигнуто в основном за счет увеличения количества слоев кирпича в кладке
Согласно нормативным документам [51] в задании на разработку типовых проектов зданий должна быть оговорена расчетная температура наружного воздуха для систем отопления fP°'. причем в качестве базового принимается значение баз = ~ 30 С, что примерно соответствует средним климатическим условиям на территории СССР (см прилож. 1). Помимо базовою в типовых проектах часто разрабатываются варианты с другими значениями tgог, обычно кратными 5 °C. При этом в пределах диапазона значений разностей температур Аг[’01 = = +2,5 °C возможно использование единых проектных решений с заданными значениями Лег, Лпок и Кпер, а стало быть, с постоянной удельной характеристикой тепловых потерь qT п. В таких случаях пересчет тепто-вых потерь зданий с принято! о в типовом проекте значения на соответствующие другому значению /{]01 производится по формуле
= Р40)
/ 1 вы ' н тип
Вмес+с с тем возможности изменения значений „ при переходе к друг им расчетным темпера гурам наружного воздуха
fjj °’ ограничены требованиями норм [8] в части минимальных значений сопротивления теплопередаче отдельных видов ограждающих конструкций при любых расчетных температурах г[ог Соответствующие этим минимальным значениям суммарные тепловые потери зданий с учетом коэффициента Рнагб могут быть представлены следующим образом.
2^
ПМИН
^пр
Лпок^пок
ПМИН
Г'ПОК
ЛпсрЛпер
— Рнадб ®вн (ЛcTAfCiM" + покупок
р — tP ОГ1
+ FnqXeHp) + (7 4оа)
Все слагаемые расчетных тепловых потерь 2?пакс в формуле (7.40а), кроме последнего, соответствующего остеклению световых проемов, вообще не зависят от расчетной разности температур воздуха rgH — ff? О1 В последнем слагаемом нормированные значения Я]|р", как отмечено выше, существенно возрастают при переходе к большим значениям разности температур — г£ол, а потому fP _ fP °!
значения —----у— в малой степени зависят
ПМИН ^пр
от этой разности. Если приближенно принять, что суммарные тепловые потери <2тпакс по формуле (7.40а) остаются примерно постоянными даже при существенных изменениях расчетной разности температур г£н — гн°', го соответствующие им значения удельной характеристики зепчовых потерь qt п обратно пропорциональны расчетной разности темпс-рагур гЕн-гГ1, а именно:
tP — tP or
_ ,.оа I 1 вн Hi оаз 1 11 " fP _ fP от
1 вн ‘н
В гтом случае для поправочного климат ического коэффициента PKjI к тепловым потерям, учитывающего для данного насе-теннот о пункта отклонение его расчет пои температуры г[от от принятой за базовую гноаз, получается выражение
г£н - № fP _ tP от 1вн 1Н
значениях
(741)
Лт_п_ = в = „баз НКЛ q 1 и
частности, при
= — 30 °C имеем
в = __*L_
кк1 18-fP°T
(7.41а)
= 18 С
В и г£8аэ
tP 1 вн
(7.416)
Значения 1 по формуле (7.416) убываю г по мере снижения расчетной наружной темпера гуры 01 от 2,67 при гР°т = О°С до
93
Таблица 7.5. Значения поправочного коэффициента ркл к удельным характеристикам
тепловых потерь зданий £?т.п при разных расчетных температурах наружного воздуха р.от
Расчетная температура наружного воздуха fP от ‘н > °C Значения коэффициента Ркл при г£н = 18°С по различным источникам Представительный город для расчетов по формуле (7 426)
По СНиП П-36-73* [22] По инструкции [77] По формуле, приведенной в [122] По формуле (7.426) для представительного города Наименова ние города Oionn ie п.ныЙ период
Пэодолжи-тьность о ; а*-.» я ё а
0 1,42 2,05 1,76
-1 (1,41) (1,97) 1,70 1,96 Батуми 1’1 + 7,6
— 4 (1,36) (1,75) 1,54 1,77 Баку 1 19 + 5,1
-5 (1,34) 1,67 1.50 — - —
-9 (1,27) (1,47) 1,35 1,53 Дербент 1)5 + 3,8
-10 1,26 1,45 1,33 — - —
-15 (1,18) 1,29 1,21 1,32 Форт Шевченко 1 '•8 + 0,6
-20 1,09 1,17 1,12 1,19 Луцк 18/ -0,2
-25 (1,05) 1,08 1,05 1,08 С га роду 6 .’() 1 -2,3
-30 1 1 1 1 Саранск л о -4,9
-35 (0,94) 0,95 0,96 0,93 Свердловск .’.’8 -6,4
-40 0,88 0,90 0,92 0,87 Томск -8,8
-45 — 0,85 0,89 0,80 Илимск Н,2
-50 — 0,82 0,86 0,74 Турухапск .’КО -19,1
-55 — 0,80 0,84 0,70 Якутск -21,2
Примечания: 1. Значения, приведенные в скобках, получены hvicm ппн-йноП ни 1срноляции соответствующих табличных значений.
2 Климатические данные по представительным городам приняты по [ь| h м тиижг прилож. 1).
3. Значения климатического параметра Ркп для представительных io|><i|(>» п<пк чп тинные по формуле (7.39), составляют от 1258 для Батуми до 4809 для Саранска (ба юное ниртгнпс) и до 9957 для Якутска
единицы при гР°т=-30°С, а затем до 0,658 при /Р 01 = -55 °C.
Для получения укрупненных показателей расходов теплоты на отопление обычно используются значения Ркл, определяемые только расчетной наружной температурой от и находящиеся в интервале между единицей и итачепиями, соответствующими формуле (7.416). В частности, эти значения могут быть подсчитаны по укрупненным показателям расчетных расходов теплоты на отопление зданий, приведенным в нормах [22]. Такие значения, включенные в табл. 7.5, находятся в интервале от 1,42 при от = = 0 °C до 0,88 при ([}*” = —40 °C. Наряду с ними в рампах источниках приводятся значения 0КЛ, сущсы венно более отклоняющиеся or единицы, чем полученные по нормам [22]. Так, но данным [77] они находятся в интервале от 2,05 при г[ От = 0°С до 0,80 при г)) от = — 55 С (см. табл. 7.5).
В отдельных с туч.тих | I.'?) приводятся формулы для опреде iciihm шипений |3КГ1 по известным температурам т|;„ и г|<причем определенные по таким формулнм тначсния, также включенные в ihIm / \ находятся в интервале между юотисц шуиппими данными [22] и [77) О нитки пи птачения и формулы приведены ист <>тпн понлиня и не увязаны с методикой техники жоиимических расчетов, изложенной в тюрмнх 194] и основанной не на значениях т|;а на продолжительности отопи тс Панч <> периода zOT и средней температуре пару мни <> тютдуха за этот период /„р от.
Поэтому более опт <>>><<лши>(1 является оценка значений Клима i тгич к<н о кои|>фици-ента ркл исходя именно hi них климатических параметров Иииинот приближенную формулу (7.39а) ми Ки некоторые дополнительные допунн инч можно получить следующее приближен! ни иырджгнне для
/ .и 11'.и Gt'it.iО ' .„ОС .....................
IIOlip.l Hi t'llli U l> kn |фф||ЦIll'll I 1Г ., /,„ c;. «."in... //’к?
" ' A'...,. ' ^4 4 / pk,
«,.. ।
Ди и.in liuu । \ крошение формуиы (7.42) пн । hi .к 11 и n< k iio'ieimeM и i пес пычений kll ll|i(|i|||||l< II I >i I oiipi II I Hl Ml.IX ПСИНЫМИ lkolloMII‘11 > kllMII l|l.lk IHpilMII II не Hill ПС Я1Ц11Х oi k titM.i i it'ii > к и x Пираме (рок llu иная 4 —
I,,,, II" IVIIIM
I in ii< ни и. loii.nimi форм\ ।i.i (7 4?a) nc-OHXOIIIMH Olli Ilk.I I '.I к HU.I x 111111 ie 111111 ' и
i ooi in i < i nxioiiiu x i >ii и ни >0 расчетом 11 a 11 v * i к > II 11 miii p i > \ p> (|,Ю (' Как пн inn in при in* I iiiioic iiiii'iciiiic
in tpi’UICI ( И V Hi ( l.o II I. II x lopoiiMl, III kdio-рых и k.iMi'i i u< npi к । mu и ii-iifo (i iii.i6p.in ('.ipiiiick Mop ioiii kou \i i I' | '10 cyi,
Com’1! 4.9 ( , Ihll'i) | ||hi iio/icia-
HOBKC НИХ I1I.I4CII II II .1 1 ft k 'll о /|‘(l - IK C
В формулу (7 4?.l) llolfhliM
(|‘> r>
Ik. (7.426)
I ..и1' "'I
Применяя формх и iM'i') можно определить значения (I, , i in iioboio h.h e icaiiioi о пункта с швееiiii.iMii hi,он пнями ,,( и f»1’"'. Полученные i;ikiim i hoi ooom ur hi'iiiiii.i |k. представляю i ся none .............. hoii.iihii.imii. чем
приведенные в p.i । iiohh.ix n< i очнпкпх | 22, 77, 122].
Для их coiioi i.in и пин < ipviiiMii данными необходим in.inop пр< и Hinn ie п.ных 'ородов для p.i i iii'hh.ix p.n nt iui.ix icMiicpa-ryp наружно! о noiixx.i t,',1'' ' n npc icnax л 0 до - 55 ('
С этой не ii.io и ши i I ' прннсдсны начения 0k, но форм\ к р Гн при рпшич-1ых расчетных iгмш p.i i \ рпх /Ц ня 12 |редстави1ел1.пых i про юн име< ie с cooi-етствующимн iii.oieimими ,,, и
Сопостан icmie i.ikiix uui'ii null (lfc, с приеденными В , ipvi IIX III I O'lllllklix HO Kll 11 .mac i, то при гемпер.11 \ p.i x p ” ih.iiiic 10 C ни близки к oioiiopi iiiii.im n |//| i upc-ышением их не ниш чем пн V„ IImccic тем при pacieiiti.ix icmhi paitpitx (Цниже -30 °C по форму и (/J’l’» ио ।уч|н>।ся сутс-твенно Mciii.iiiiii iii.i'iruini |lk<i^i но ним анным, причем при /|,’'>’> '( рашица остигает И",,
В ncKoiopi.ix in lo'iiiiikHx | //. 109, 122] аряду co iii.i 4i'i । и ям и |t, , upmiiHiHicH >абли-ы, a niioi i.i и фор-п oi । in определения
значений n при базовой расчетной темп ратуре = —30 °C в зависимости толь* от наружного объема здания Как явс вует из формул (7.37а) и (7.38), такие знач ния нельзя считать обоснованными, так кг помимо зависимости от наружного объех/ значения удельной характеристики тепловь потерь зданий существенно зависят от другт факторов: конфигурации здания в плане его высоты, степени остекления, конструкци наружных стен и т. п. Только при учет этих факторов можно выявить обоснованну! зависимость значений г/т п от объема 1/31 дл различных типов зданий. Так, для жилы зданий высотой от 1 до 5 этажей объемом от 750 до 20000 м3 с наружным стенами из сплошной кирпичной кладки наг более обоснованными представляются лаг ные, приведенные в [113].
Значения п вместе с основными ра' мерами зданий приведены в табл. 7.6. Ка явствует из нее, при увеличении объема здг ния с 750 до 25 000 м3 наблюдается са шественное снижение значений </т п, а имени с 0,60 до 0,27 Вт/(м3 К).
В табл. 7.7 приведены данные из типе вых проектов многосекционных зданий с нг ружными стенами из крупных железобетон ных блоков или панелей [120]. Как виды из табл. 7.7, значения г/т п для таких здани помимо их наружных объемов существенн зависят от числа секций, т. е. от длинг здания, а также отношения длины к высоте В результате наибольшие значения удельно характеристики тепловых потерь „ = — 0,56 Вт/(м3 • К) соответствуют двухсекцион ным зданиям в 16 этажей, а наименьши с/i п = 0,385 Вт/(м3 • К) — восьмисекционных зданиям в 9 этажей (при длине секци, кеки = 17 — 22 м).
Большим разбросом по . сравнению жилыми зданиями характеризуются значени удельных характеристик тепловых потерь дл общественных зданий, поскольку они суще ственг<Ь зависят от их назначения, особенш за счет различной степени остекления.
Разнообразие конфигурации в плане общественных зданий различных групп, свя занное с их назначением, исключает возмож ность применения формул типа (7.38) для обоснования каких-либо общих зависимостей, характеризующих значения </т п для таких зданий. Кроме того, эффекты инфильтрациг наружного воздуха и внутренних тепловыделений в общественных зданиях также определяются их назначением. В результате для таких зданий приходится ограничиться только использованием значений их удельных отопительных q0T и вентиляционных <увен1 характеристик, определяемых по формулам
Таблица 76 Значения удельной характеристики тепловых потерь q1 п для кирпичных жилых зданий при расчетной наружной температуре /}, °' = -30 °C по данным [113]
Наименование Этажное'ь нэт
1 1 О 3 3 4 5
Высота А. м Ширина Ь„ м Отношение длины к ширине т = ИЬ Наружный объем К1Д, мч Коэффициент остекления рост Удельная характеристика гептовых потерь c/tn, Вт/(м’К) 4,1 12 1,27 750 0,085 0,60 4,1 12 2,54 1500 0,108 0,52 7,8 12 3,17 3500 0,120 . 0,46 12 12 4.33 7500 0.125 0,34 12,6 14 5,07 12 500 0,140 0,30 16 14 6,43 20000 0.150 0,285 19 14 6,71 25 000 0,160 0,27
Таблица 77 Значения удельной харак терне тки тепловых потерь п для многосекционных жилых зданий из сборного железобетона при расчетной наружной температуре tjj 01 = —26 °C по данным {120|
Шифр типового проекта Конст рукция наружных ci ен [Этажность । ПЗЧ Число ‘ секций «сек 1 Наружный объем зданий j м’ 1 L । Длина секции /сек, м 1 _ _ . _ S V з -Ci 5^0 , Удетьная характеристика тепловых потерь </т п. Вт'(м’ К)
OiHoiuei дтины с к ширит w,cen =
1-510-2 Крупноблоч- 5 2 5900 18.4 1,53 0,49
1-510-3 ные железобе- 5 3 9300 18,4 1.53 0,45
1-510-4 тонные 5 4 12 700 18,4 1,53 0,43
1-510-4 5 5 16 000 18,4 1,53 0,42
11-49-04 Крупнопа- 9 4 25 800 21,2 1,77 0,43
11-49-06 нельные же- 9 6 38 500 21,2 1,77 0,42
11-49-08 лезобетон-ные 9 8 51 100 21,2 1,77 0,385
П-18-01 Крупноблоч- 12 2 14 200 17,4 1,45 0,48
II-18-02 ные железобетонные 12 4 27 700 17,4 1.45 0 42
1-МГ-60 Крупнопанельные железобетонные 16 2 24 100 22,4 1,87 0,56
(7 31) исходя из приведенных в проектах расчетных расходов геплоты на отопление и вентиляцию таких маний Сводка значений <7от и <7ве1п вместе с другими удельными показателями, зависящими от назначения общественных зданий, а гакже соответствующими интервалами их наружных объемов приведена в табл 7.8, сосзаеденной в основном по данным [135, 145]. Классификация общественных зданий по группам принята согласно нормам [29], а отопительные и вентиляционные характеристики подсчитаны при значениях расчетной температуры, близких к базовому: = —30°C.
При разработке схем теплоснабжения на перспективу [60], а также при ориентировочных оценках роста тепловых нагрузок на различные сроки необходимо использование удельных показателей этих расходов для жилых и общественных зданий, отнесенных к одному жителю Переход от значений удельных характеристик тепловых потер» зданий, например приведенных в табл. 7.6-7.8, к этим значениям в расчете на одною жителя наиболее просто осуществляется для жилых зданий. При этом за основу принимается существующее в данном юроде и планируемое на различные этапы ею разви-
I । i> । и н n /К < liniiwi e ii.iii.iv и петиляпионные характеристики, а также удельны udt.tMf.i и iiii|imh iiiiiiii.ii' iiokh 1И1СЛИ на 1000 жителей для различных групп общественных зданш
к <)<>ti !. 1 ЧП 1 ill.II 1 1 Hi IIlll.l X 14 Illi It Illi 1 pXIIIIIIM Имес । и мое ib и in пропускная способность па 1000 жи!елеи н,общ Удельный наружный объем на единицу вместимости ( ООШ’ 41 Ин (ерналы значений нару жно! о объема tданни И,л, тыс хр Значения характерно: Вт/(к О1ОТ||11СЧЬНОЙ 7oi при /1;"'- 30 ’С удельных гик зданий, Р К) вен гиля-ЦИОННОЙ 7 вен 1
1 Лечебно-профилактические учреждения и спортивные сооружения
Ьо и.пнiii.i и чшоансеры 12-13,5 коек 120-200 10-200 0,29 0,40 0J0 0.36
По пн. niiiiikii, амбулатории Дома .о U.IKU, интернаты и ii.iiit ношпы (спальные корим И) 26 -35 посещений в день 4—12 мест 7,5-12 40-80 3-12 10-40 0,35 -ОДО 0.32-0,48 0,35 (),50
( пор।нниыс залы 36-150 м-площадн пола 12-40 10-40 0,27-0,40 0.8 1,2
II Учреждения просвещения
Детские дошкольные учреждения (>() 90 меш 38-45 26-33 1.6-4 6 - 16 0,42-0,60 0,18-0,30
Общеобразова гельные школы 130- 1X0 учебных мест 23-29 17-22 5- 12 15 -30 0,45-0,54 0,40-0,60
Средние специальные н 50 80 28-44 10-30 0,33-0.40 0,40-0,50
профессионально-технические училища (бе 5 учебных мастерских) учебных мест
III. Учреждения культурно-просветительные и зрелищные
Клубы 20 — 25 мес1 в jpnie льном зиле 20-40 5 -35 0,45-0,50 0,55-0,75
Дома культуры, пионе- 19-21 меш о 35-45 10- 20 0,34-0,40 0,40-1,0
ров и школьников 60-90 30-200
Театры, цирки и кон- 10- 18 мес I 50- 60 36 - 180 0.25-0,40 0,40-0,60
цертные залы Кинотеагры 20-50 мест 15-22 25 - 30 5 - 25 40 - 90 0,40-0,65 0,60 О.оо
IV. Учреждения комму на ii.iioi о ^няйсгва
Гостиницы 1 3 — 6 меш 1 75 100 I |5 - 250 1 0,40 — 0,45 I 0. '<> о м>
V Предприми!» бы । оно! о обслуживания
Бани Прачечные механизиро- 3 — 7 меш 90- 120 м с\- Ю S Ь 8 у •) К) J0 0,25 РДх 0,35 0,60 1 .!> 1 ‘> 1 ’ ' II
ванные Дома быта, комбипан.1 хо! о бе и.я и смену 9 11.2 раоп (.0 SO 1 80 0 .)> 0. /и 0 (.1) II 'и ।
бЫТОВОГО Обе lyXIIlt.llHIM чих меш
Продолжение табл. 7.8
Характеристика общее! венных зданий по группам Вместимость или пропускная способноеib на J 000 жителей '’’общ Удельный наружный объем на единицу вместимости гобШ’ Интервалы значений наружного объема зданий И)Д, тыс. м’ Значения характерис- Вт,(\ отопительной </от при fP°T= -30 с удельных гик зданий, i’.K) вентиляционной б/ вент
VI. Предприятия торговли и общественного питания
Магазины продовольственных товаров Магазины непродовольственных товаров и универмаги Предприятия общественного питания, кафе, столовые и рестораны 80-90 м2 торговой площади 105-140 м2 торговой площади 28 — 40 мест 5,5-7,5 । 6-8 15-20 12-25 45-50 6,5-10 3-15 100-400 1-20 25-150 0,45-0,60 0,25-0,35 0,32-0,45 0,25-0,50 0,60-0,80 0,9-1,4
VII. Организации и учрежде» шя управленг я, строитель гтва н науки
Организации* управления, общественные, проектные и конструкторские организации, научно-исследовательские ИНС1И1уТЫ
3000-5000 м*
1 — 10
20-250
0,45-0,75
0,35-0,55
0,10-0,20
0,35-0,50
Примечания. I Значения шозш для различных групп общественных зданий, кроме приведенных в скобках, заимствованы из норм [27], причем меньшие значения относятся к первой очереди строите шсгва, а 66 шшие - к расчетному сроку, кроме бань, 1де большие значения относятся к первой очереди
2 Для детских дошкольных учреждений и общеобразовательных школ в нормах [27] приведены значения шобщ, отнесенные не ко всей численности населения, а к численности соответствующих возрастных групп. В таблице приведены значения, пересчитанные на всю численность населения исходя из статистических данных о его распределении по возрастным группам.
3 В приведенных в таблице ин1ервалах значений qOT нижние пределы относятся к верхней границе ишервалов наружных объемов зданий, а верхние пределы — к нижней границе этих интерна IOH
тия среднее значение обеспеченности жителей общей (полезной) площадью в жилых зданиях /пот, м2/чел, а также соотношение между суммарным объемом жилых зданий и этой площадью, называемое объемным или кубатур-ным коэффициентом: (И, |/Fno,) = гпо1, м3/м2.
Значения /п0, средней обеспеченности жителей общей (полезной) площадью для существующего состояния города заимствуются из статистических отчетов по его жилищному хозяйству; обычно они находятся в интервале 10— 14 м2/чел. По нормам [27] эту величину следует принимать равной 13,5 м2/чел для первой очереди строительства и 18- м2/чел для расчетного срока.
Удельный расход теплоты на тепловые потери жилых зданий ИуП, отнесенный к
одному жителю, определяется выражением
./* _ Ж (гр гр от\ /по.1^ _ ЛТ. П “ ЧТ П V вн 1н / ~~
фпО I
= «тжп(^н-^от)^21-, (7.43)
Фи
где h и h3T — соответственно высота жилого здания и высота одного этажа (между отметками пола смежных этажей), м; по нормам [28], й)Т = 2,8-гЗ м; фпоч — отношение суммарной полезной площади здания к его площади в плане; <рЭ1 — отношение суммарной площади квартир одного этажа к площади здания в плане для современных многоэтажных жилых зданий, фэг = 0,67-4-0,73.
1начспия обьемного коэффициента жи-1нц щиний ГцОЛ, м3/м2, связаны с их значениями |(>П11,| соотношением
<’нол = • (7.43а)
Фпол
14 ни ио • всех этажах жилого здания прими hi одинаковая планировка квартир, то, цромр ин о, имеем фпол = иэтфэт и h = нэт/гэт, । д* ин число этажей, а потому
/llT fnon = —• (7.436)
Фэт
lh ходя из приведенных выше значений Ф„ - 0,67 г 0.73 ' и высоты этажа /гэт = ж J,H « 1,0 м, получается интервал значений т - 1,8 +4,5 м3/м2. Отсюда при <у*п = = 0,12 » 0,40 Вг/(м3-К) для удельного расчетною расхода теплоты на тепловые потери • иных «даний, отнесенного к одному жителю, Нплучмется в соответствии с формулой (7.43) следующее выражение:
И| II = Яг п/пол^пол (^вн — ) =
= (1,2 +1,8)/п0 | (f£H — г{] 0|). (7.44)
Удельный расчетный расход теплоты па инфилырацию наружного воздуха в жииых «линиях в соответствии с формулой (7.7) принимав।ся равным
х?11(|.- Кж/по,1(гР|-гР''сн') =
- KJ,...Ф^Г'^и-гЕ01). (7.44а)
Здесь Кж ~ 0,60 4-0,72 — отношение жи-иой ПЛОПН1ДИ квартир к их общей (полезной) ниощади [135]. Oicioaa при ср?®01" = -0,6 + 0,8 (см. § 7.1) получаем
<|.ф - (0,36 + 0.58)/;1О1(/Р, - ГР °'). (7.446)
Внутренние тепловыделения в жииых «линиях по нормам [20] должны учи пинаться в размере 21 Вт на 1 м2 площади пола отапливаемых помещений, чю в пересчете на общую площадь составляет примерно 17—19 Вт. Используя эти значения, можно получить следующее приближенное выражение для удельного расчет нот о расхода теплоты на отопление жилых зданий, отнесенного к одному жителю:
„ж _ „ж . „ж ж _ Лот ~ЛТ[| ' лннф и —
-/по.э[(1,56 + 2,38)(гРн - ггт) - (17+ 19)] (7.45)
Исходя из формулы (7.45), можно оценить характерный для жилых зданий интервал значений условной температуры наружно! о воздуха ф При этом в соответствии с формулами (7.13а) и (7.45) для расчетной величины относительных тепловыделений Ф?,в в этих зданиях получаем выражение
юр = ___
т Г В Ж । Ж
Хд- п 3" хинф
__________17+19 ~ 7+J2
* (l,56 + 2,38)(fP, - /Р01) * С-'Г1'
Отсюда для условной температуры на ружного воздуха при /[]„ = 18 °C получа ется следующий интервал значений [см формулу (7.14а)]:
- Фтв(Гвн - 'и'”) "
= 18-(7 + 12) = 6+ 1ГС (7456
Интервал значений по формуле (7 456 близко соответствует оговоренным в норма [6, 22] температурам наружного во «духи принятым для начала и конца отопитель ного периода, а именно г„лкс = 8+10 С ler. самым подтверждается обоснованное!ь m in женного выше способа определения условно! температуры наружного воздуха t* для жшц.! зданий.
При определении отнесенных к одном1 жителю удельных расходов теплоты на oioii ление и вентиляцию общественных «дани! помимо средних значений удельных отопи тельных и вентиляционных харак!срис!ш для различных групп общественных «дани! требуется применение дополнительных удемь ных показателей и прежде всею удельны наружных объемов зданий каждой i руши fo6ua отнесенных к единице их вместимоси или пропускной способности. Такие значения заимствованные из типовых проектов н дан ных, приведенных в [135], также вкдючепт в табл. 7.8.
Для перехода от количества жителе! к соответствующей вместимости или пропуск ной способности различных групп общее! венных зданий могут быть использован! нормативные или фактические знамени обеспеченности населения зданиями кажщй I руппы, выражаемые в виде количества ме« i коек и т. п. из расчета на 1000 жители!
Приведенные в табл. 7.8 значения m,,r„ заимствованы из норм [27], причем и меньшие значения относятся к первой очереш с I роительства, а большие — к конечном сроку гениального плана. После том» Тин !ем или иным способом получены пока in (ели /побщ и 1>общ для всех групп, cooiiici ствующие значения и удспьпы расчетных расходов теплоты на oiohichii и вентиляцию общественных зданий. Hi отнесенных к одному жителю, полечи н.нш ются по формулам
2^Общ1’общ?ОТШ ~ 01) J
1000 ’
„общ _ 2d
ЛОТ “ ----
Общ _ Е ^общРобщ^^эт (fBH - гн вент) Хвент । ллл
каждой группы подставляются в формулы (7.46) из табл. 7.8, а значения — из табл. 7.1.
Следует иметь в виду, что в [27] значения тобш по группам общественных зданий, перечисленным в [29], приводятся без их увязки с численностью населения города. Вместе с тем этими же нормами для почти всех групп предусмотрено распределение общественных зданий между различными структурными единицами города (микрорайонами, жилыми районами, общественными центрами жилых и планировочных районов, а также городов в целом) исходя из ступенчатой системы обслуживания населения. Естественно предположить [135, 145], что в малых городах с населением примерно до 20 тыс. чел. перечень общественных зданий соответствует оговоренному в нормах [27] для микрорайонов вместе с общегородским общественным центром. Малые города с населением 20 — 50 тыс. чел. можно рассматривать как состоящие из одного жилого района с таким центром. В средних и больших городах наряду с микрорайонами и жилыми районами следует учитывать раздельное размещение общественных зданий в общественных центрах жилых и планировочных районов в соответствии с нормами [27], а в крупных и крупнейших городах дополнительно учитывать размещение общественных зданий областного, краевого или республиканского значения.
В качестве Типичных можно привести [145] следующие интервалы нормативных значений суммарного объема общественных зданий, м3/чел, в расчете на одного жителя;
Малые юрода с населением до 20 тыс. чел 6 — 9 То же с населением 20-50 тыс. чел. . . .8-12
Средние юрода с населением 50 —
100 тыс чел.............................14-22
Большие юрода с населением 100 —
250 тыс. чел............................19 — 30
Нижние пределы от нося гея к первой очереди строительства, а верхние — к расчетному сроку по генеральному плану.
Использование укрупненных значений удельных расчетных расходов геплоты на одного жителя позволяет охватить помимо этих расходов на отопление и вентиляцию зданий также расходы на их горячее водоснабжение, поскольку за основу определения последних принимаются суточные расходы горячей воды на одного жителя g[yT в жилых и на единицу пропускной способности или
процедуру в общественных зданиях (см. табл. 7.2 и 7.4). Для перехода от этих нормативных расходов горячей воды в кг/сут к удельным расходам теплоты на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий применительно к суткам отопительного периода с максимальным потреблением воды следует в соответствии с формулой (7.29) использовать соотношение
у _ , „общ _ (1+КтсУ)св(Г[-ГР)
г 86400
X (Ксут^ут + 0,001 Е тобщ^т) (7.47)
Здесь К[упм = 0,15-? 0,25; ^-^-^- = 2,422 п 86400
(см. п. 7.2), а значения тобщ и ^ут Для каждой группы общественных зданий должны приниматься по табл. 7.2, 7.4 и 7.8 с последующим суммированием значений произведений тобщ по всем группам. Кроме того, для жилых зданий в формуле (7.47) учтено покрытие колебаний суточных расходов горячей воды по дням недели при отсутствии баков-аккумуляторов этой воды посредством коэффициента Ксут = 1,13-г 1,22. При оснащении этих зданий ваннами и душами целесообразно в соответствии с табл. 7.2 принимать gfyr = 105 кг/сут для первой очереди строительства и 115 кг/сут для расчетного срока. Аналогичные расчеты по группам общественных зданий, перечисленным в табл. 7.2 и 7.4, при подстановке значений по табл. 7.8 при-
водят к ориентировочным значениям 24 -=-28 кг/(сут чел) для первой очереди строительства и 29 — 35 кгДсут чел) для расчетного срока, соответствующим суммарному объему общественных зданий на одного жителя 19 и 30 м3/чел, оговоренному выше для больших городов с численностью населения 100-250 тыс. чел. При меньшей численности населения вместе с суммарными объемами общественных зданий на одного жителя сокращаются также расходы теплоты на их горячее водоснабжение. Исходя из приведенных выше типичных средних значений этих суммарных объемов для городов с различной численностью населения, можно [145] получить для них следующие примерные интервалы значений, кг/(сут-чел):
Малые города с численностью населения до 20 тыс. чел........................3 — 5
То же с численностью населения 20'— 50 тыс. чел...........................4-7
Средние юрода с численностью населения 50—100 тыс чел.........................14-18
100
Глава восьмая
ВЫБОР ГРАФИКОВ ТЕМПЕРАТУР И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ СЕТЕВОЙ ВОДЫ
8.1. Основные ступени и способы регулирования в водяных тепловых сетях
В любой системе централизованною теплоснабжения регулирование отпуска теплоты в зависимости от изменяющейся потребности в ней присоединенных систем -еплоиспользования осуществляется по мень-_е.'. мере как двухступенчатое Первой д.'е.-ьл? является регулирование отпуска -е~_тоты от теплоисточника в его тепловые сети Такое регулирование называется центральным. им определяется график изменения температур, а иногда и расходов воды в подающих трубопроводах тепловых сетей. Вместе с тем наряду с центральным необходимо регулирование отпуска теплоты из сетей в различные системы геплоиспользо-вания присоединенных зданий. Такое регулирование называется местным и осуществляется на местных тепловых пунктах (МТП) зданий (см гл. 1). В соответствии со способами местного регулирования определяются расходы сетевой воды при ее заданной температуре в подающих трубопроводах, необходимые для отпуска количеств теплоты, требуемых системами теплоиспользования при данном режиме. Суммированием таких расходов воды сначала по различным системам 'егпоиспользования каждого здания, а затем "о группам зданий, снабжаемых теплотой -срез рассматриваемый участок сегей, полу--лются необходимые при данном режиме гхсходы воды в подающих трубопроводах . ющих участков. Тот режим, при
эти расходы оказываются макси-Wi. с-о.ми в годовом разрезе, называется рг - э.м а по гучаемые применительно к •srw. г^хгды воды по участкам являются асл-д.-г*ми дгя гидравлических расчетов сете? з -легкости при определении диаметре а -ру' то Участкам (см. гл. 9).
Однич». из основных видов систем тепло-использова.-.ня являются сисземы отопления, приточной вентиляции или кондиционирования возду ха потребность в теплоте которых определяется переменными метеорологическими параметрами, в основном температурой наружного воздуха гн
Основным способом регу шрования отпуска теплоты в наиболее распространенных системах водяного отопления является качественное регулирование путем изменения в зависимости от метеорологических пара
метров, прежде всего температуры наружного воздуха гн, температур воды в подающих трубопроводах этих систем при ее постоянном расходе. При таком способе регулирования максимальные (расчетные) температуры воды в подающих трубопроводах систем оюпления г§т под достигаются при расчетной температуре наружного воздуха для этих систем °\
При качественном регулировании температуры воды в подающих трубопроводах систем отопления снижаются по мере повышения температуры наружного воздуха гн от расчетной 01 до соответствующей началу или концу отопительного периода
Одновременно снижаются так?ке средние температуры воды в нагревательных приборах, их теплоотдача воздуху в помещениях и, наконец, температуры воды в обратных трубопроводах систем. Расчетный расход циркулирующей в этих системах воды при качественном регулировании поддерживается постоянным и определяется расчетной разностью температур воды в подающих и обратных трубопроводах систем.
Качественное регулирование при постоянных расходах циркулирующей в системах воды обеспечивает устойчивость гидравлических режимов отдельных нагревательных приборов этих систем при переменных тепловых нагрузках. Если же в течение отопительного периода имеют место резкие колебания расходов воды в системе отопления и ее отдельных приборах, то они приводят к нарушениям установленного в процессе наладки системы распределения расходов воды между этими приборами и в результате — к отклонениям значений их теплоотдачи от требуемых при данном режиме (разрегулировка системы). В связи с этим количественное регулирование отпуска теплоты в системах водяного отопления за счет изменения только расходов этой воды при ее постоянной температуре в подающих трубопроводах является неприемлемым. Вместе с тем в этих системах допустимо изменение в известных пределах расходов воды наряду с ее температурой в подающих трубопроводах, т. е. применение смешанного качественно-количественного регулирования.
Перенесение способов регулирования отпуска теплоты, принятых в системах водяного отопления, на центральное регулирование в теплоисточниках обосновывается
101
преобладанием 1аких систем и их суммарных тепловых назрузок в балансах озпуска icipio-ты от источников, а также широким применением простейшей схемы присоединения лих сишем к тепловым сшям I ззкой схемой является схема с подачей воды в системы непосредственно из подающих зрубо-проводов сшей. В целях снижения расчсз-ных расходов сетевой воды ыкая подача при обычной температуре rj^i н<> 9$ осу-щешвляется, как правило, через смесизеиь-ные устройства с подмешиванием к иоде из подающего трубопровода сшей воды из обратных трубопроводов езкзем оюипения Если такие устройства. как но обычно имеет место, рассчиины на рибозу с постоянным коэффициеиюм (.мешения в iечеипе отопительного периода (полос зруйные з зева-торы), то качеезвенному рез уинронашпо оз-пуска теплоты в системах оюшзения сооз-ветствует центральное качеез венное рез у пирование только за счез изменения зсмисразур воды в подающих зрубонроиодах сезей при постоянных расход;!х зз ой воды (зак на даваемое центральное качес з венное рез узирова-ние по отопительному 1 рафику земнеразур) Такое регулирование может бык. сохранено и в тех случаях, козла наряду < cihic мами водяною отопления, оборудованными смесительными устройствами с носзоянным коэффициентом смешения, к сезям присоединены такие системы по друз им схемам (через устройства с переменным коэффициентом смешения или водоназ реваз ел и), а кроме того, системы воздушного отопления, вензн-ляции или кондиционирования воздуха Однако при заданном отопительном з рафике температур воды в подающих трубопроводах сетей се расходы на такие системы должны пескопько изменяться в течение отопительною периода, что при малой доле их зсиловых нагрузок в общем балансе отпуска з еплот ы не может существенно повлиять на гидравлические режимы сетей.
Возможности применения центрального качественного регулирования существенно ограничиваются при необходимости присоединения к единым сетям помимо систем отопления и вентиляции — систем, относящихся к другому типу систем горячего водоснабжения, поскольку для последних характерно очень слабое влияние метеорологических факторов на тепловые нагрузки (см. § 7.2). По нормам [19] в таких системах необходимо поддержание температуры горячей воды перед точками ее разбор.! в заданных пределах (от 50 — 60 до 75 ( ) ( ими же расходы эзой воды устап.пз ....и «з iioipc-
бителями, .1 поюму НО I'llin »ttt» 11 ч 30 II,КО статистическим зикопомз ри । нм 1Ь>1юму
зз системах зорячезо водоснабжения возможно юлько количественное рез улировапис при поддержании заданной температуры воды на входе в систему.
При присоединении к двухзрубным ма-з истрачьным сетям систем отопления и горячего водоснабжения сохранение в них центрального качественного регулирования в течение всего отопительного периода оказывайся, как правило, невозможным, поскольку земпературы воды в подающих трубопроводах таких сетей rL IIOJ1 должны под-держиваться не ниже необходимых для обеспечения заданных земнеразур воды перед BO/Юразборнымн приборами (как правило, Йе ниже 65 — 75 (’) Iакне земнеразуры воды в подающих । рубонроиодах зенловых сетей 1104зи всезда ока ii.huiio зся выше соответ-ш вующих о 1(»н и з с пазом у з рафику при темпера зурах наружною воздуха, биизких к приня-1ым для Н11Ч11ИП н конца озоззительною периода (б7'"“ - N 10 (') При заких земне разурах наружною воздуха необходимо поддержание и подающих зрубопрово шч сезей постоянной iCMiiepn зуры воды на уровне 65 - 75'С. Нижняя ipiiiiiiiui той обтк зн соозвез сз ззуез земиераз уре наружно! о во i iy mi нрн коюрой но । рафику юбшонагк н равенство -М низ 15 (‘ I ак кик нрн земнеразуре имеш месю ином июни icjimioio зрафнки земнеразур с iicpt чо юм оз наклонною к з орп нш з ачыюму учи» ik> (зочка и Моми з рафика), ю ofiimii. 1смн₽рн зур воздуха, боксе высоких, чем г"11 нчна паск.я юной hi'Iomii > рафика
При (.охранении обычной < чгмы при соединения сишем оюнченнн к ичнн рю среде)вом смеси|С'п>ных ycipoiti in i noi юян ным коэффициеиюм смешения) в к те н i ыма зрафика наблзодасзеи сушес iucihihII пгрг расход геплони ш caci перс i пн a oiiihih ваемых помещений lio ус iранение в Ирин ципе возможно за счг! внедрении hkhimh тического рез у чирошишм oinyt к a i cu ioi ы hi дельными паз реви iснызыми npiibopiiMii и in ИХ Группами С НМНу'П.ЮМ ill ICMHrplII У|Ч! воздуха в оз ап пинаемы к 1юмешенннн Ник называемое anioMaiuaci кие ипливн зуи ii.iiut регулирование)! 14? | ( Минко внедрение iiikii* регуляторов во всех oiiihihihicmi.ix IIOMCIIH ниях сопряжено с tiaeiii. зюн-нщми каши в и. ными вложениями, и поюму на Ирак иже, в первую очередь з ih жн зык iiihihiII, i ih устранения нереюшн! и юно hi комн i рифнкн используюзся упрощенные с погибы мег i hoi о или зрупновозо pci у inpoiuiiHiM Iiikoc ipyn повое рез улироианне. m утеш ваяемое ив сне циа зын.зх з рунионых к*п юных нункзах (I III), в настоящее время pm с ми i ривнсзся как необходимое но юпорн жгнннм нндсжносзи
102
и маневренности в работе крупных систем теплоснабжения (см. гл. 23). Из этих соображений наиболее целесообразным представляется размещение ГТП в местах присоединения распределительных тепловых сетей к магистральным (см. § 1.2).
При открытой схеме с подачей сетевой воды в системы горячего водоснабжения эта подача при ее температурах в подающих трубопроводах выше 60 —65 °C должна сопровождаться охлаждением воды до этой температуры. Такое охлаждение в отопительный период достигается, как правило, путем смешения воды из подающего трубопровода сетей с водой из обратных трубопроводов систем отопления, что позволяет частично использовать для горячего водоснабжения теплоту воды, охлажденной в этих системах. Тем самым достигается возможность снижения расчетного расхода сетевой воды суммарно по всем системам теплоиспользования по сравнению с вариантом смешения воды из подающего трубопровода сетей с холодной (водопроводной) водой. В частности, при температурах воды в обратных трубопроводах систем отопления и вентиляции 65 —70 °C, соответствующих низким температурам наружного воздуха, близким к расчетной г£ог, эта вода может направляться непосредственно в системы горячего водоснабжения без добавления к ней воды из подающего трубопровода сетей. Такой режим работы возможен лишь при условии, что максимальный расход' воды в системе горячею водоснабжения не превышает ее расчетного расхода на соответствующие системы отопления. Расход сетевой воды на систему горячего водоснабжения всегда достигает максимума в точке излома графика. При закрытой схеме в отличие от открытой возможны варианты схемы присоединения водонагревателей к сетям. Простейшей из них является схема включения этих водонагревателей между подающим и обратным трубопроводами сетей на тепловом пункте, т. е. параллельно контуру циркуляции сетевой воды в системе отопления (одноступенчатая параллельная схема). Эта схема пригодна при любых соотношениях расчетных тепловых нагрузок систем горячего водоснабжения и отопления, но при ней расчетный расход сетевой воды на водонагреватели, соответствующий точке излома графика, получается наибольшим по сравнению с другими схемами, частично использующими теплоту воды в обратных трубопроводах сгстем отопления. Такое использование трёбует перехода от одноступенчатой к двухступенчатой схеме включения, причем в первой
ступени водонагревателей осуществляется подогрев холодной воды за счет охлажде-нйя воды, поступающей от систем отопления в обратный трубопровод сетей. Для догрева воды на выходе из первой ступени до ее поступления в систему горячего водоснабжения используется вторая ступень водонагревателей, в которой греющей является вода из подающего трубопровода сетей. Если эза вторая ступень включена так же, как и при одноступенчатой параллельной схеме, то такая схема обычно называется двухступенчатой смешанной и она пригодна при любых соотношениях расчетных тепловых нагрузок систем горячего водоснабжения и отопления и вместе с тем обеспечивает существенное снижение расчетных расходов сетевой воды по сравнению с одноступенчатой схемой. Другим возможным вариантом является включение второй ступени водонагревателей перед системой отопления с подачей в эту систему охлажденной во второй ступени сетевой воды в смеси с поступающей непосредственно из подающего трубопровода в обвод этой ступени (двухступенчатая последовательная схема). Переход от двухступенчатой смешанной к двухступенчатой последовательной схеме позволяет получить некоторое дополнительное сокращение суммарных расходов сетевой воды на все системы теплоиспользования и даже свести добавочный расход этой воды на системы горячего водоснабжения до близкой к нулю величины (см. § 8.3). Вместе с тем в отличие от других схем включения водонагревателей двухступенчатая последовательная схема применима только в ограниченных пределах, определяемых соотношением расчетных нагрузок систем горячего водоснабжения и отопления, так как с повышением этого соотношения неизбежны резкие нарушения работы систем отопления. Эти нарушения связаны прежде всего с внутрисуточными колебаниями нагрузок горячего водоснабжения и соответственно температуры сетевой воды на выходе из второй ступени водонагревателей. При других схемах включения такие колебания могут сказаться только на расходах, но не на температурах воды на входе в системы отопления. Кроме того, их воздействие в принципе может быть исключено за счет установки перед системой отопления регулятора постоянства расхода сетевой воды. При такой установке, возможной также при открытой схеме, вообще отпадает всякое влияние режимов работы систем горячего водоснабжения на эти режимы для систем отопления. Однако при этом суммарный расчетный расход сетевой воды на тепло-
103
вой пункт должен равняться сумме этих расходов для систем отопления и вентиляции и максимального расхода сетевой воды на системы I орячего водоснабжения, в общем случае с учетом коэффициентов часовой и суточной неравномерностей (см. § 7.2).
Снижение максимальных тепловых nai ру-<ок систем । орячего водоснабжения можег быть достигнуто за счет установки после водонагревателей или смесите чей баков-аккумуляторов горячей воды емкое пло, достагоч-ной для сглаживания пиков расходов л ой воды в течение заданною периода, обычно суток (для зданий предприя|ий смены), при равномерной подаче воды и» водопщ реваic-лей в баки в течение мою периода В ном случае при определении суммарных расходов сетевой воды вместо максима in.пых можно принимать в качестве расист пых средние значения расходов воды в системах i орячего водоснабжения та сугки или смену При наличии таких баков исключается также влияние внутрисуточных колебаний расходов горячей воды на режимы работы систем отопления без их оснащения регуляторами постоянства расхода сетевой воды. Кроме того, в нормах [22] оговорено, что при определении суммарных расчетных значений отпуска теплоты теплоисточниками и выборе их основного оборудования следует учитывать расходы теплоты на горячее водоснабжение только в размере их средних значений за отопительный период, т. е. без введения коэффициентов часовой и даже суточной неравномерности. Такое указание при отсутствии баков-аккумуляторов горячей воды и любых схемах присоединения систем горячего водоснабжения, кроме двухступенчатой последовательной, может быть обосновано, и притом лишь в части коэффициента часовой неравномерности, только исходя из перераспределения в суточном разрезе расходов сетевой воды между системами горячего водоснабжения и отопления. Такое перераспределение обязательно имеет место при отсутствии автоматических регуляторов расходов воды перед системами отопления и при требуемом нормами [22] оснащении систем горячего водоснабжения автоматическими регуляторами расхода сетевой воды из подающих трубопроводов для поддержания заданной темпера туры воды на входе в эти системы. В таких условиях при пиковых нагрузках систем юрячею водоснабжения возрастает расход сеiсвой воды на эти системы, снижается перепад давления между подающим и обратим трубопроводами сетей на тепловом пункте.
При постоянном удельном i идранли-ческом сопротивлении системы oi он пения, 104
включая смесию'ньпые ус ......... в ном
случае снижается 1акжс рас\<> i < < к н<>п ш>дм на эту систему и, стало бы i ..... тп нны
в отапливаемые помещения 11.м।, при резком сокращении расходов по n.i it । ш юмих горячего водоснабжения, например и ночные часы, снижается расход се 1 спои но ты ни ни системы, а потому Boip.ici.ici ее рпехид па систему отопления, а слано оын., и подача теплоты. Такие внуiрисуiочные консЧишия подачи теплоты в системы оюннсния мшут быть допущены при усаонии, чю они не приводят к колебаниям температур вотдуха в отапливаемых помещениях, превышающим ±(14- 2) °C [20].
Необходимым условием при этом является соблюдение расчетного баланса подачи теплоты в систему отопления в су-1 очном разрезе в сочетании с достаточной ।спновой инерцией ограждающих конструкции oiaii'innacMbix зданий. Для соблюдения 1С11ЛОНОЮ ба ьшеа среднесуточные темпера-1уры воды в подающих трубопроводах сетей в 1аких случаях должны приниматься несколько большими, чем по отопительному графику. Величина ною превышения определяется темпера гурой воды в обратных трубопроводах систем оюнления и соотношением между суточными на1 рузками систем горячею водоснабжения и отопления. Соответствующие! рафики центрального регулирования отпуска теплоты с учетом нагрузок горячего водоснабжения называются корректированными (или повышенными). Такие 1 рафики могут применяться как при открытой схеме, так и при закрытой с разными схемами включения водонагревателей. В частности, при двухступенчатой последовательной схеме повышение температуры сетевой воды сверх соответствующей отопительному графику должно компенсировать ее охлаждение во второй ступени водонагревателей.
Корректирование отопительного графика сводится к минимуму, а иногда и к нулю при температурах наружною воздуха, близких к расчетной от, при которой тепловые на!рузки систем юрячего водоснабжения moi ут покрывайся в основном за счет исполыования теплоты воды в обратных трубопроводах систем оюнления. Наибольшее коррекгирование требуется в точке излома । рафика, при которой расходы воды из подающе! о трубопровода на системы горячо о водоснабжения являются максимальными. Кроме того, необходимое повышение температуры воды сверх соответствующей отопительному графику возрастает вместе с величиной соотношения суточных тепловых нагрузок систем горячею водоснабжения и отопления. При отсутствии на тепловом
пункте дополнительных регуляторов или ограничителей суммарных расходов сетевой воды необходимое повышение ее температуры тем больше, чем меньше ветчина орошения располагаемых перепадов давления между подающим и обратными трубопроводами сетей на данном тепловом пункте и на выходе этих сетей из теплоисточников Для того чтобы такое отношение было одинаковым для всех тепловых пунктов, необходимо равенство перепадов давления у них при оюутствии нагрузок горячего водоснабжения Это условие во многих случаях может быть обеспечено при наладке систем
Применение такого способа корректирования отопительно! о графика при всех схемах включения водонагревателей, кроме двухступенчатой последовательной, связано с переходом на качественно-количественное регулирование во внутрисуточном и сезонном разрезах как в системах отопления, так и в тепловых сетях. При этом наименьшие расходы воды в системах отопления и вместе с тем наибольшие расходы ее в тепловых сетях наблюдаются при температуре наружного воздуха tKJI, соответствующей точке излома графика, и при максимальном расходе воды в системах горячего водоснабжения Соответственно наибольшие расходы воды в системах отопления и наименьшие в тепловых сетях имеют место при расчетной температуре наружного воздуха Тн от для этих систем.
При центральном регулировании корректирование отопительного графика должно быть ориентировано на типичные жилые »дания, для которых отношение расчетных nai рузок г орячег о водоснабжения и отопления может быть оценено по укрупненным пока «июлям (см §7 3)
Регулирование по совместной нагрузке течем отопления и горячего водоснабжения i переходом на корректированный график «смпсрагур, ио без дополнительных регуля-iitpoit на тепловых пунктах, обладает рядом ( viHcci венных недостатков, прежде всего из-за о । су и. । ния каких-либо ограничений в части «кмснспий расходов воды в системах отоп-п'ння, причем неограниченные колебания этих pm ходов в сочетании с внутрисуточными и «мснсниями нагрузок горячего водоснабжения приво «я I к существенным колебаниям pin чолов поды в сетях и нарушениям режимов рабо«ы оборудования теплоисточников Кроме юг о, при отсутствии ограничений но расходам сетевой воды возможны режимы с практически по шым прекращением циркуляции - в системах отопления, а нрн <нкр|.|1<ш схеме — лаже с опрокидывать м пирку 1ЯПИИ вобр.нпых ।рубопроводах
сетей при покрытии пиков нагрузки горячего водоснабжения Все эти нежелательные последствия усиливаются по мере повышения соотношения между расчетными нагрузками систем горячего водоснабжения и отопления
Устранение или по меньшей мере ослабление таких последствий при сохранении регулирования по совместной нагрузке систем отопления и горячего водоснабжения возможно при условии установки на подающих трубопроводах сетей в тепловых пунктах до ответвления к водона« ревателям или смесителям систем горяче« о водоснабжения регуляторов постоянства расхода воды Такие регуляторы должны рассчитываться по сумме среднесуточного расхода сетевой воды на горячее водоснабжение и заданной доли ее расчетного расхода на отопление с проверкой на режим с максимальным расходом воды на горячее водоснабжение в сумме с минимально допустимым расходом ее для системы отопления. При установке регуляторов, ориентированных на тепловые пункты типичных жилых зданий, заранее ограничиваются масштабы качественно-количественного регулирования систем отопления и соответствующего корректирования отопительного графика температур При этом центральное регулирование сохраняется в основном как качественное в сочетании с корректированным графиком температур Колебания расходов сетевой воды при такой схеме происходят только за счет тепловых пунктов нетиповых зданий с системами отопления, присоединенными через смесительные насосы или водонагреватели, причем масштабы таких колебаний аналогичны тем, которые имеют место при центральном регулировании по отопительному графику температур. Таким образом, схема обеспечивает стабильность режимов работы сетей и оборудования теплоисточников
Иногда вместо регуляторов постоянства суммарного расхода сетевой воды на тепловых пунктах рекомендуется установка ограничителей этого расхода Однако в этом случае стабильность гидравлических режимов сетей достигается только в периоды включения таких ограничителей, т е при покрытии пиков нагрузки горячею водоснабжения При остальных режимах тепловые сети и системы отопления работают как и при обычной схеме без регуляторов постоянс«ва расхода или его ограничителей, а стало бьнь. и со всеми недостатками, присущими такой схеме.
Методика расчетов отопите и>но« о «рафика температур при качественном рс«ули-ровании описана в § 8.2, а коррек! припайных । рафиков — в § 8.3.
IOS
8.2. Определение температур и расчетных расходов сетевой воды при центральном качественном регулировании по отопительному графику
В общем случае качественно м, пнич i венною регулирования сисюм оюн гении текущие значения средневзвешенной i емнери туры воды в отопительных приборах ги|1|1
1 ,
= у Пот под + ГОт обр), а 1ДКЖС ее i смиср.11 vp в подающих и обрашых ipyGoiipoiio ых систем отопления tor под и гО| оЛр онреденяю i ся [145] из следующих cooi ношений
Гот ср — ГвН + (феи)1 + ' (for ср — г вн);
(8 1)
Гот под — Гот ср — (Гот пол ~~ Гот обр); (8.2) 2/от
Гот обр = Гот ср ~ ~~ (Гот под ~~ Гот обр) (8.3) 2Jot
Здесь Гвн — нормированная температура воздуха в помещениях (см § 7.1); фот = = Qot/Qot — относительная отопительная нагрузка, равная отношению текущей бот (при любой наружной температуре Гн) и расчетной бот отопительных нагрузок; п — показатель, зависящий от схемы включения отопительных приборов. Для секционных радиаторов с подачей воды в верхнюю пробку и отводом ее через нижнюю пробку крайней секции (так называемая схема «сверху вниз») п = 0,32, что и принято в дальнейших расчетах. При схеме движения воды «снизу вверх» через нижнюю и верхнюю пробки крайних секций и = 0,24, а при схеме «снизу вниз» через нижние пробки крайних секций п = 0,15 Вообще же значения показателя степени и для различных приборов находятся в интервале и = 0,14 4- 0,45 [122]; Уот = Got/Got — отношение текущего Got и расчетного G£t значений расхода воды, циркулирующей в системе отопления, Гот под и Гог обр — соответственно расчетные значения температур воды в подающем и обратном трубопроводах системы при расчетной температуре наружного воздуха для систем отопления Гн от. По нормам [20] для жилых и многих общественных зданий рекомендуется принимать rgT под = 95 °C. Температуру Гот обр обычно принимают равной 70 °C независимо от значений Гот под [122].
106
Рпсчетная средневзвешени.гмпг|и1 1 ура
полы и отопительных приборах ранни
Д (я решения уравнения (8 1) оишси-icii.no (|>п| можно принять упрощенные чи-m llin.ic формумы [145]:
।
г । „ 0,8n (1 — фО1) .
(Ф.,11 1 " * Ф.„ Т —------------- (Н 411)
1 + п
при I л О,** и
I
(tp.,,)1 ’ " * ф,и I 1()’4” (8 46)
I I п
при 0,5 • (р.п • 0,2
(ели при pacneiax i рафика icMiicpaiyp воды не учи1ыва1О1ся внутренние icruio-выделения, чю, однако, проюворечи! указаниям норм [20] в час)и жилых зданий, применительно к которым должны разрабатываться режимы регулирования тепловых сетей в жилых районах, то значения фот определяются формулой
Гвн — Гн ,о
Ф°т — .р .р от • (8 5)
Гвн — Гн
То же с учетом внутренних тепловыделений:
ty - t
= (85а> 41
где Гн — так называемая условная наружная температура воздуха, при которой тепловые потери здания через ограждающие конструкции и за счет инфильтрации воздуха полностью компенсируются внутренними тепловыделениями в нем (подробнее см § 7 1)
В нормах [22] рекомендуется принимать расчетное значение температуры воды в подающих трубопроводах водяных тепловых сетей гГ„од = 150°С Эта расчетная icmhc ратура увязана также с указаниями норм [20] в части расчетных темпера iyp в по дающих трубопроводах систем оншн-ния г^т под, принимаемых в пределах oi 8*» ю 150 °C. Присоединение таких си» к-м к кию вым сетям может осущесi пая 11 * п •icpci смесительные устройства (во «и i р\ilni.ic элеваторы, насосы).
Работа смесительпо! о м ipoii. tut ш'р₽н системой отопления xap.ih н ри и < о и юиф фициентом смешения
где Goi и <> о и " .Hii.iom рн ю ДОВ ВОДЫ llllpl \ ш| о I Г1 « о If IP iilull ления, в 11 и •• п ' о о» н и »i v
СПСICMX
Таблица 8.1. Значения температур воды в подающих трубопроводах тепливыл vc>«.n /спод и в обратных трубопроводах систем отопления готобр при качественном регулировании (г? ПО» = >S0 "С; гР, под = 95 °C; tgt обр = 70 "С; (Р, = 18 »С и » - 0,32)
Значения фот Температура воды в подающих трубопроводах сетей гспод То же в обратных трубопроводах систем отопления /от Обр 0 18,0 18,0 0,05 28,0 24,0 0,10 36,0 28,0 0,15 43,5 31,5 0,20 50,5 34,5 0,25 57,4 37,4 0,30 64,2 40,2 0,35 70,7 42,7 0,40 77,2 45,2 0,45 83,6 47,6 0,50 89,9 49,9
Значения фот 0,55 0,60 0,65 0,70 0.75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,0 —
Температура воды в подающих трубопроводах сетей /с под 96,1 102,3 108,4 114,5 120,5 126,4 132,4 138,3 144,2 150,0 —
То же в обратных трубопроводах систем отопления Гот Обр 52,1 54,3 56,4 58,5 60,5 62,4 64,4 66,3 68,2 70,0 —
Коэффициент смешения «от в общем случае качественно-количественного регулирования системы отопления определяется из выражения
_ /ог(Гспод-Готср) 1 ,в,.
«от —----~р--------р----- ——. (o.oaj
фот (Гот под — Гот обр/ 2
Гот под и Гот обр рассчитываются по формулам
ПОД ^ОТ ср Фот (^ ПОД rgT ср), (8 9)
Гот ПОД = Гот ср + 2 под — ^ОТ обр)»
(8.10)
Соответствующий расход сетевой воды на систему отопления при данном режиме равен
Гот обр — Гот ср (Г?т под rgT обр). (8.11)
Gc от
Сот
7от(Гс под ~ Гот ср) фот(<от под — Гот обр)
(8.7)
Расчетное значение коэффициента смешения составляет
Пот =
ЛР tP
Гс ПОД ~ Гот под
Гот под — Гот обр
(8.8)
При Гр под — Г&г под < 0.
При обычно принимаемых значениях Г?под =150 °C, Гот под =95 °C, Гот обр = 70 °C имеем «от = 2,2.
При выборе графика температур для центрального качественного регулирования отпуска теплоты от теплоисточников в водяные тепловые сети за основу принимается такой график для систем водяного отопления при постоянных расходах воды (/от = 1) и изменении ее температуры в зависимости от температуры наружного воздуха, так называемый отопительный график температур (см. § 8 1). При этом графике температуры воды в подающем трубопроводе тепловых сетей Гс под, а также в подающем и обратном трубопроводах систем отопления
Температура гот ср рассчитывается по формуле (8.1) Уравнения (8.10) и (8.11) получены из формул (8.2) и (8.3) при j = 1, а мот = м§т = const по формуле (8.9), что соответствует элеваторной схеме.
В табл. 8.1 приведены температуры воды в подающих трубопроводах тепловых сетей и обратных трубопроводах систем отопления в зависимости от значений фот при качественном регулировании по отопительному графику при п = 0,32
Расчетный расход сетевой воды на отопление, кг/с, при центральном качественном регулировании рассчитывают по формуле
Gc от —
Як
СВ (Гс ПОД ^от обр)
(8.12)
где <2от — расчетный расход теплоты на отопление, Вт, св — теплоемкость сетевой воды в интервале температур 50—150°C, принимаемая равной 4,19 кДж/(кг-К) [106].
Для учета впияния графика температур воды на ее расчетный расход следует использовать показатель удельного расхода воды g, кг/МДж. Расчетный удельный расход сетевой воды на системы отопления равен
_G?„10»_ 238,7
вс°т = --= ,р---------Гр--- <8-13
s/от Гс под — Сот обр
10'
! При заданной расчетной температуре Г воды в обратных трубопроводах систем ; | отопления, как правило, Сот обр = 70 °C, у дельцу ный расчетный расход сетевой воды на эти И системы существенно снижается по мере по-II вышения ее расчетной температуры в подаю-)1 щих трубопроводах сетей.
। j| Нормами [22] предусматривается воз-11 можность повышения температуры с£под свыше 150 °C — вплоть до 200 °C, чем обеспе-1[ чивается снижение удельных расчетных расхо-(I дов сетевой воды на системы отопления I с 2,98 до 1,84 кг/МДж. Однако такое повы-I шение расчетной температуры приводит к || существенному повышению расчет ного давле-[ ния для трубопроводов и оборудования I тепловых сетей и пунктов, а также коэффициента смешения (при с|? 11од = 200 °C до м§т = 4,2), что практически исключает возможность применения элеваторной схемы. Поэтому повышенные расчетные температуры воды сРпод в пределах 170-200 °C используются только в транзитных тепловых сетях с сохранением для магистральных сетей обычной расчетной температуры Сспод = = 150 °C. Теми же нормами [22] при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается также применение в качестве расчетных для подающих трубопроводов тепловых сетей более низких температур, чем 150 °C (вплоть до 95 °C). Однако такое снижение, приводящее к резкому возрастанию удельных расчетных расходов сетевой воды (9,55 кг/МДж при г[по1 = = 95 °C), может быть обосновано только при очень малых масштабах отпуска теплоты от теплоисточников.
Помимо жилых зданий к тепловым сетям жилых районов всегда приходится присоединять общественные, а иногда и производственные здания с расчетными значениями температур Гвн, tn, t&r обр, а также и, существенно отличающимися от положенных в основу отопительного графика. Если такие отклонения имеют место только в части значений foT под и t§T обр, то можно ограничиться изменением расчетного значения коэффициента смешения «от в соответствии с общей формулой (8.8). При этом возможно сохранение элеваторной схемы присоединения систем отопления. При небольших отклонениях значения показателя степени п от принятого при расчете графика температур (п = 0,32) можно вообще отказаться от учета этого фактора при выборе схемы присоединения системы отопления к тепловым сетям. Однако при существенных отклонениях от положенных в основу графика значений температур гЕн и t%, часто встречающихся в общественных и производ
ственных зданиях, необходим iu> инпжпнис их систематического недозон.г и ш ш |>< чипа переход от элеваторной схемы upiu не мнения систем отопления к ссгям ipyt их схем. Наиболее универсальном hi них является схема с применением смесиicui.iii.ix насосов, обеспечивающих возможное и. himc-нения в широких пределах коэффициент смешения. Вместе с тем при расчетом режиме и этой схеме сохраняют силу формулы (8.8) для значений «от, (8.12) для G*or и (8.13) для
Для независимой схемы присоединения систем оз оп пени я к сетям через водонагреватели харакгерны более высокие значения удельного расчснюго расхода сетевой воды на системы огопления. В пом случае
„р __________2-<7_________ (8 ,4)
Здесь АГкон — расчетная разность температур между сетевой водой на ее выходе из водонагревателя и водой из системы отопления на входе в него, обычно принимаемая равной 10 °C. Кроме того, при независимой схеме расчетная температура воды в подающем трубопроводе системы отопления t§T под должна быть принята более низкой, чем в подающем трубопроводе сетей «С под. на величину Дг£ач = 1{?под - г£т под> составляющую по нормам [22] до 20 °C.
По существу к независимым должны быть отнесены гакже схемы присоединения к водяным cei ям сисгем воздушно!о огопления, приточной и приточпо-вытяжнои вентиляции или кондиционирования воздуха. В этих системах подогрев воздуха осуществляется сетевой водой в поверхностных воздухонагревателях (калориферах).
Режимы работы калориферных установок определяются их назначением. В связи с этим можно выделить гри категории установок — отопительные, вентиляционные и отопи-тельно-венти гяционные. К отопительным oi-носятся установки, обслуживающие системы воздушного отопления при наличии ог-дельныхсисгем приточной вентиляции с подо гревом воздуха или при отсутствии налог г ности в них, если оказывается досгаючгюй, как это имеет место для жилых i i.uiuil. естественная вентиляция за счет ипфшп. i рн ции наружного воздуха или аэрации (< м § / 11
Расчетные температуры сезево...»>гы н»
входе в калориферы систем ...........он
ления и на выходе из них нрпннмпюк м. как правило, такими же, как и гпя игигм водяного отопления при о i су г г. 1111111 vmciii тельных устройств, т. е. 150 и 70 ( Пиипмг удельные расходы сетевой поды /11» >пп систем соответствуют форму не (8 I 1)
108
К вентиляционным относятся калориферные установки систем приточной или приточно-вытяжной вентиляции, предназначенные для поддержания заданного состава воздуха в помещениях за счет подачи в них подогретого наружного воздуха. Согласно нормам [20] необходимые расходы этого воздуха при вентиляции, предназначенной для компенсации подлежащих удалению из помещений вредных веществ (газов, паров, пыли), не зависят о г разности температур t£H — tH, а потому остаются постоянными при любом режиме. Для таких систем вентиляции расчетные температуры наружного воздуха принимаются теми же, что и для систем отопления вен| = от. При этом расчетные температуры воды на входе в калориферные установки и на выходе из них принимаются такими же, как и для систем отопления. Расчетный расход сетевой воды на вентиляцию, кг/с, в этом случае определяется по формуле, анало!ичной (8.12):
бвент
G? =_______________________
с вент с (tp _ fp , V Св\1спод 1от обр7
(8.15)
где бвент - расчетный расход теплоты на вентиляцию, Вт.
Расчетный удельный расход сетевой воды на вентиляцию, кг/МДж, составляет
7
^вент^ ^---------- (8.16)
1С ПОД £О1 обр
Для систем приточной вентиляции, рассчитанных на удаление из помещений избытков теплоты или влаги, р качестве расчетной по нормам [20] принимается средняя температура наружного воздуха tpвеН1 — = t„p хол для наиболее холодной части отопительного периода, всегда более высокая, чем расчетная температура для систем отопления tfi °' (см § 7.1). Для таких систем отопительный период следует разбивать на две части, причем в области наиболее низких температур наружного воздуха от г£вен1 до tfJ0T расход теппоты на вентиляцию должен оставаться постоянным и равным расчетному: QBeilT = Свет- Расчетный удельный расход сетевой воды на системы вентиляции, кг/МДж, с расчетными температурами наружною воздуха fPBeHT определяется по формуле
= ^вент-Ю6 _ 238,7_____
о вент „р р вент _ р > ' ' >
Увент ‘с под 1вент обр
где расчетные температуры сетевой воды tc под1 и Гвент обр принимаются по графику центрального качественного регулирования применительно к значению фве"т по формуле (8.5), соответствующему температуре tH = — ?н вен\ Как отмечено в § 7.1, значения
фвепт при гРн = 18°С обычно находятся в интервале 0,6 —0,8, которому по табл. 8.1 соответствуют температуры tpc под = 102 -г 126 °C и Г§Вобр = 54 = 62 °C. Обычно в расчетах принимают округленные значения грпод = 120 °C и г?ент обр = 60 °C. При учете в графике температур для центрального регулирования внутренних тепловыделений в жилых зданиях эти температуры воды несколько снижаются по сравнению с приведенными выше.
Наиболее универсальными и экономичными являются отопительно-вентиляционные калориферные установки, обслуживающие комбинированные системы воздушного отопления и приточно-вытяжной вентиляции или системы кондиционирования воздуха и рекомендуемые нормами [20] почти во всех случаях применения воздушного отопления. В качестве расчетной для комбинированных систем принимается расчетная температура р от воздуха для систем отопления t„ .
Расчет систем зентиляции и воздушного отопления с определением расходов сетевой воды и ее температур в обратных трубопроводах при регулировании этих систем по расходу воздуха приведен в [145].
При рассмотрении режимов работы тепловых сетей важное значение имеет определение возможной области применения центрального качественного регулирования для таких сетей, к которым присоединены системы как отопления, так и горячего водоснабжения. Исходными при этом являются нормативные температуры горячей воды перед водоразборными приборами, составляющие по нормам [19] Гг=60°С при открытой и 50°C при закрытой схеме.
С учетом охлаждения воды в трубопроводах систем горячего водоснабжения здания в тех же нормах расчетные расходы горячей воды приведены исходя из ее температуры Гг =65 °C при открытой и 55 °C при закрытой схеме (см. § 7.2). В нормах для тепловых сетей [22] рекомендуется принимать минимальную температуру воды в подающих трубопроводах сетей г^под = 60°С при открытой и 70 °C при закрытой схеме. Первое из этих значений не соответствует нормам [19] и поэтому должно быть повышено до tc под = 65 °C. Значение гсМпод = 70 °C при закрытой схеме обычно обосновывается необходимостью поддержания расчетной начальной разности температур между греющей и нагреваемой водой в водонагревателях Дграч = - tp = 10 °C. При этом
разность температур воды на выходе из водонагревателей и на входе в системы горячего водоснабжения зданий, равная 60-55 = 5 °C, предусматривается для покры
109
тия тепловых потерь в распределительных тепловых сетях горячего водоснабжения от тепловых пунктов, как правило групповых (см § 8 1), до отдельных зданий
Однако при таком расчете не учитывается необходимость покрытия тепловых потерь, связанных с системами рециркуляции В нормах [22] добавлено указание о необходимости дополнительного учета тепловых потерь в системах горячего водоснабжения в зданиях путем введения повышающего коэффициента 1,2 на расходы теплоты этими системами Поскольку такие потери не могут быть компенсированы увеличением расходов нагреваемой воды, устанавливаемых потребителями, для их компенсации необходимо дополнительное повышение на 20 % расчетно! о перепада температур нагреваемой воды hp — tp в частности при ее исходной температуре tg = 5 °C с 50-5 = 45 °C до 54°C, а с учетом компенсации тепловых потерь в распределитеть-ных тепловых сетях — примерно до 60 °C, т е температуры воды после водонагревателей до tr=65oC Соответственно минимальная температура воды в подающих трубопроводах сетей tcnoa при закрытой схеме должна быть повышена с 70 до 75 °C, что подтверждается опытными и расчетными данными, приведенными в [143] и указывающими на целесообразность еще большего повышения этой температуры, а именно до 80°C Однако в дальнейших расчетах в качестве исходных как минимальные приняты значения г^под = 65 °C для открытой и 75 °C для закрытой схемы
Соответствующие им значения относительной отопительной нагрузки фотЛ согласно
табл 8 1 при качсч । пенном pci у троипнин по отопительном) i рафику 1емнср нур исхо дя из значений tp,l(, - IM) ( /[,„ |Н С и
п = 0,32 составляют ф",' 0 М)5 при (икры
той и 0,385 при закрыюи схеме )| н niii'ie ния соответствуют точке ниюми oiomiii н ного графика температур i<ik как при iiii'ir ниях фот, меньших фо’1 (юна и i юмн i рнфнкн) температуры воды в подающем ipyOonpo воде сетей должны под тержинаися шил пин ными независимо от изменения кмндрнур наружного воздуха в upeieiax oi i" к» Гнакс и равными т"н< ( ( (см 8 I) При
других значениях i емпер.11 ур т|’ , /[,„ н fот пол, положенных в основу расчет i pi» фика, значения <Pof* MOiyi быть iioacmiinn.i по приближенной формуле
гЯ.-*- 4.'„|
--------р "р |К по
ПО I 1 BII
Для оценки продо 1жи1е.1ыни । н >iiuhi отопительного периода, cooibcic hi у ion и й io не излома графика, в предо tax коюрой температура воды в подающих ipy(>oiipoi»o дах сетей остается постоянной, пеобхо щмо сначала определить температуры наружно! о воздуха, соответствующие различным мщчс ниям фотП Эти температуры при oik.hc от учета в графиках внутренних тепловыделений в жилых зданиях составляют
(819)
При учете внутренних тепловыделений эти температуры определяются по формую
.ИЗ Л .у „И3|г V ,рО1. /О
tn — tn — фот (hi — tii ) (8 19а)
В табл 8 2 приведены значения отно
Та блица 82 Значения Ризл (отношения продолжительности стояния температур наружного воздуха tH в зоне излома отопительного графика zll3I к общей продолжительности отопительного периода z0T) при различных расчетных температурах воздуха для систем отопления tp от в .интервале от —15 °C до —55 °C
Расчетная Значения Отопительный период При различных минима тьных температур ix воды в подающих 1рубопроводах сетей
Наимено темпера- отношения Средняя *с под и расчетных температурах
вание тура воз- 18 - гр от Продо ч- темпе- воздуха
города духа 10 tp 01 житель- ратура ,МИн _ 65 °C МИИ _ 75 °C
Р°т оС IV /н ность воздуха *с под *с под
‘н ’ -от, сУт °т, °C грн= 18 °C г* = 10 С 4 = 18сс - 10 С
Ташкент -15 1,32 151 4 3,4 0,15 0,52 0,35 0 67
Рига -20 1,27 221 4-0,6 0,07 0,53 0,47 0,65
Минск -25 1,23 220 -0,9 0,22 0,54 0,42 0 60
Г орький -30 1,20 234 -3,7 0,19 0,47 0 40 0 60
Свердловск -35 1,18 246 -5,3 0,23 0,46 0 41 0 58
Томск -40 1,16 252 -7,6 0,29 0 45 0,42 0 56
Якутск -55 1,12 268 - 19,7 0,28 0 36 0,36 0,42
Примечание Значения /р от z0T и /лр от для соответствующих городов приняты по прилож 1 (см также [6]) а значения |3ИЗЛ подсчитаны по данным при юж 2 (см также [99])
110
шения средней продолжительности стояния температур наружного воздуха от t}J3JI до 1накс, т. е. в зоне излома графика, гИзл, к общей продолжительности отопительного периода zOt. Значения ризл = гизт/иот подсчитаны для различных населенных пунктов по данным, приведенным в прилож. 1 и 2, о продолжительности отопительного периода, а также стояния температур наружного воздуха через каждые 5 °C, начиная от Гнакс = 10 °C и ниже.
Как видно из табл. 8.2, учет внутренних тепловыделений приводит к существенному возрастанию значений риз.ь примерно с 0,15 — 0,29 до 0,36 — 0,54 при открытой схеме и с 0,36 — 0,47 до 0,42 — 0,67 при закрытой схеме.
Режим работы сетей с постоянной температурой воды в подающих трубопроводах в сочетании с максимальным расходом воды в системах горячего водоснабжения соответствует максимальным (расчетным) расходам сетевой воды на эти системы при любой схеме их присоединения к сетям.
В общем случае в качестве расчетного должен приниматься расход воды в системе горячего водоснабжения равный
Grp = KcyTK4Gfp сут, (8.20) где GrP с>т — расход за средние сутки отопительного периода, суммированный по всем водоразборным приборам здания; КСут и Кч — поправочные коэффициенты на суточную и часовую неравномерность (см. § 7.2).
При открытой схеме системы горячего водоснабжения в течение отопительного периода присоединяются к тепловым сетям через смесители (обычно водоструйные), к которым подводится вода как из подающего трубопровода сетей, так и охлажденная в системах отопления. Необходимый расход воды из подающего трубопровода сетей обеспечивается работой регулятора температуры, установленного за смесителем и поддерживающего заданную температуру воды на выходе из него независимо от расхода.
Если между смесителями и обслуживаемыми ими системами горячего водоснабжения включены баки-аккумуляторы горячей воды емкостью, достаточной для полного сглаживания i рафика подачи сетевой воды в баки в суточном, а иногда и в недельном разрезе, то следует принимать либо Кч = 1, либо КсутКч = 1. При отсутствии таких баков значения Кч для одного жилого здания или группы таких зданий могут колебаться в широких пределах (см. § 7.2).
Расходы воды из подающего трубопровода сетей Gc.r на смесители систем горячего водоснабжения определяются из
теплового и материального балансов смешения и при любом режиме соответствуют соотношению
= Рг = - Гот обр__ (8 21}
Gr tc ПОД — Гот обр
Расходы воды на смесители из обратного трубопровода сетей Gr — Gc г определяются по формуле
Gr ~ Gc г = 1 - рг = под - гР (8.22)
Gr tc ПОД — Гот обр
В точке излома графика температур tc под = tc под = tp, ПОЭТОМУ Pr — 1 И 1 — Рг = 0,
что соответствует максимальному расчетному расходу сетевой воды из подающего трубопровода сетей на горячее водоснабжение Gg r = Gg. Расчетный расход сетевой воды при максимальной нагрузке горячего водоснабжения, кг/с,
____0?_ = (УРСуТКсуЛч
<B(tg~tP) CB(trP-t£)
(8.23)
где Qp и Qrp суг — максимальный и среднесуточный расходы теплоты на горячее водоснабжение, Вт: гр — расчетная температура воды, в источнике водоснабжения или водопроводе, которую по нормам [22] в среднем для отопительного периода рекомендуется принимать равной zp — 5 °C. При этом удельный расчетный расход сетевой воды gg:, кг/МДж, при максимальном расходе теплоты в системе горячего водоснабжения, выраженном через среднесуточный расход воды Gpp сут, составляв!
_ Gg г • 106 _ 238,7КсутКч ер tp-??
При tP = 65 °C получаем gg, = 3,98КсутКч кг/МДж, а при Кч = 2,4 (минимальное значение для большой группы жилых зданий) и Ксут = 1,2 gg, — 11,46 кг/МДж. Такие расчетные расходы сетевой воды на системы горячего водоснабжения могут иметь место только в зоне излома графика. При температурах наружного воздуха ниже tnJJ' по мере повышения температуры воды в подающих трубопроводах сетей tcno.i и в обратных трубопроводах систем отопления tor обр расходы воды из подающих трубопроводов быстро сокращаются и при открытой схеме (tor обр = tp = 65 °C и Per = 0) вообще обращаются в нуль, см. формулу (8.21). Как видно из табл. 8.1, такое обращение в нуль соответствует значению фот = 0,87. При дальнейшем росте значений фот до единицы нагрузки горячего водоснабжения могут полностью покрываться за счет охлаждения воды, поступающей из систем отопления. При этом необходимо, чтобы расходы воды в систе-
111
мах отопления превышали ее максимальные т’ расходы в системах горячего водоснабжения, т что соответствует неравенству
Т Gp
(j рР=^_< 1. (8 25)
Gc 01
4 При Gf = G£0T, что соответствует значе-Ч ниям р, — Gi /Gc от = 1, Рг = 0 и foi обр = гГ, Ч весь расход воды из системы отопления * используется в системе горячею водоснабже-1 пия Это вызывает прекращение циркуляции
воды на прилегающем к данному тепловому пункту участке обратных трубопроводов тепловых сетей. Если р, > I, то на этих ( участках обратных трубопроводов тепловых сетей наблюдается опрокидывание циркуля-
ции. Если системы отопления оборудованы регуляторами, поддерживающими при всех режимах расход сетевой воды на отопление равным расчетному G£OT, то при такой автоматизированной схеме суммарные расчетные расходы сетевой воды на системы отопления и горячего водоснабжения, имеющие место в точке излома графика, равны сумме G£0T + G£r по формулам (8.12) и (8.20) или (8.23). На протяжении отопительного периода расходы сетевой воды в подающем трубопроводе при такой схеме и отопительном графике температур непрерывно снижаются вместе с температурой наружного воздуха, а при открытой схеме и (рот = 0,87 4- 1,0 становятся равными расчетным расходам воды только на системы отопления. При закрытой схеме расходы сетевой воды на системы горячего водоснабжения определяются выбором схемы включения водонагревателей этих систем.
При простейшей из этих схем, пригодной при любых соотношениях расчетных нагрузок систем отопления и горячего водоснабжения, а именно при параллельной схеме, расходы сетевой воды на одноступенчатые водонагреватели горячего водоснабжения Gc г и нагреваемой воды Gr связаны соотношением
~ = |3г = — , (8.26)
Or Гс ПОД — Л г обр
где tc г обр — температура сетевой воды на выходе из водонагревателя в обратный трубопровод теплового пункта, всегда более высокая, чем температура холодной воды на входе в водонагреватель tx. Расчетным при этом является режим с максимальным расходом нагреваемой воды Gp в зоне излома графика при гсмпод = гР + ДгГ р, где Дггнач р -расчетная разность температур между сетевой водой на входе и нагреваемой водой на выходе из водонагревателя, которая обыч
но принимается равной 10 °C, при гр = 65 °C Геши = 75°C Максимальный расход сетевой воды на водонагреватели при расчетом режиме соответствует отношению
Gp тр г1’
° с 1 _ аР _ Гг ~
Л-p РГ .МИН
Gf tc по, — Н । обр
(8 27)
Здесь tc г обр — температура се г свои воды на выходе из водонагревагепя при расчетном расходе нагреваемой во ты Gp и минимальной темпера!урс воды в подающем ipy-бопроводе сетей /?'шн - 75 ( При отворенной в нормах [22] расчстои 1емперагуре холодной воды ыя oi они icui.iioi о периода гР = 5 °C значения А/,1"’" ’’ /[’, о(,р - гр обычно принимаются в ишервале 15 —25 °C, которому cooiBCicmyioi 1емпературы tp। обр = 20— 30"С. При понижении значений ДГ|°"Р сокращаются расколы соевой воды
на водона!реватели, но вместе с <ем возрастают их необходимые новерхнос i и теплообмена. В нормах [22] рекомендуемся гакже принимать значение гр о6р = 30 С
Расчетный удельный расход селевой волы на системы горячего водоснабжения при одноступенчатой параллельной схеме равен
р Gp,106 238,7КсутКч
-,р д
Vi fc под 1с г обр
(8.28)
При = 75 °C, гсрг обр = 30 °C и КсутК,, = 1 получаем gf = 5,30 кг/МДж, т. е на 33 % больше, чем при открытой схеме, что свидетельствует о недостаточной дефективности одноступенчатой параллельной схемы. При повышении температуры воды в подающем трубопроводе сетей с ГсМпоз = 75'С до Грпо1= 150 °C расходы сетевой воды на водонагреватели снижаются до
минимального значения, равного
,р_ ,р
GMHH (ЭМИНг-.р ^-.р «I <Х
сг =Рг G( - Gi - мйй--
Гс ПО 1 — 1с I обр
(8.29)
Здесь обр - минимальная температура сетевой воды на выходе из водонагревателя при гр|1о, — 150 С. составляющая обычно 10—15 °C Температуры воды Гс г обр при любых температурах Гспод в интервале от 75 до 150 С и различных нагрузках горячего водоснабжения могут быть определены по методике [145]
При параллельной схеме сохранение качественного perулирования в системах оюп-ления независимо от колебаний расходов воды на водонагреватели возможно только при установке регулятора постоянства расхода сетевой воды на подающем трубопроводе теплового пункта после ответвления от него к водонагревателю. В этом случае суммарный расчетный расход сетевой воды на
112
системы отопления и горячего водоснабжения в точке излома температурною графика равен сумме G%y| + Gf, по формулам (8.12) и (8.28)
Удельные расчетные расходы сетевой воды на системы горячею водоснабжения могут быть несколько снижены за счет перехода от одноступенчатой параллельной к двухступенчатым схемам включения водо-nai ревателей. Из таких схем универсальной является двухступенчатая смешанная схема, пригодная при любых соотношениях расходов теплоты на системы горячею водоснабжения и отопления, а также при любых режимах работы и схемах автоматизации теиновых пунктов Общим для различных двухступенчатых схем является использование в первой ступени теплоты воды, частично охлажденной в системах отопления Однако в этой первой ступени, как правило, не удается нагреть воду для систем горячего водоснабжения до ее расчетной температуры tr = 65 °C, а потому необходим ее дополнительный подогрев во второй ступени, в которой греющей является вода из подающего трубопровода сетей. Смешанная схема отличается тем, что эта вторая ступень включена, как и в одноступенчатой схеме, параллельно системе отопления, а охлажденная во второй ступени вода подается в обратный трубопровод системы отопления и после ее смешения с водой из этой системы поступает в первую ступень водонагревателя
При двухступенчатой смешанной схеме с регуляторами постоянства расхода перед системами отопления и отопительном графике температур в сетях суммарный расход сетевой воды Genoa на тепловом пункте при отсутствии систем вентиляции равен сумме ее постоянного расхода на системы отопления G£0T по формуле (8.12) и переменного расхода этой воды на вторую ступень водонагревателей Gc г:
GcyM = GFoT + Gcr (8 30)
Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение G{?r, соответствующий режиму с максимальным расходом нагреваемой воды GP, в точке излома температурного графика равен fJPGf, где при смешанной схеме
_ G?r = jo
/-р .мин __ .изл ’ ' ~ '
г 1с под ‘от обр
здесь At”d4 р — расчетное значение разности температур греющей сетевой воды на входе в первую ступень водонагревателей и нагреваемой на выходе из нее G, принимаемое согласно нормам [22] равным 5 °C. Значения Готобр определяются по отопительному гра
фику температур в точке его излома. При выводе уравнения (8.31) принято, что температура сетевой воды на выходе из второй ступени Гс”обр равна температуре сетевой воды на выходе из системы отопления гот обр- Обоснование этого равенства приведено в [145].
Расчетный удельный расход сетевой воды на горячее водоснабжение, кг/МДж, при смешанной схеме равен
„ . Gg,10> 238.7РГ
/)Р - -р— д, АсутАч. (6.32)
Уг Гг—1х
Для закрытой схемы при т[ = 65 °C и Л-75 °C имеем фот'= 0,385 (см. выше). Этому значению соответствует температура tor обр = tel‘обр = 44,2°C. Принимая в соответствии с рекомендацией норм [22] д,нач р = 5 оС при fp = 65 оС, fp = 5 оС и КСут^ч = 1 получаем <?р г = 3,34 кг/МДж, т. е. на 37% меньше, чем при одноступенчатой параллельной схеме включения водонагревателей
Методика расчета температур tc обр и расходов сетевой воды Gc : при смешанной схеме и любых наружных температурах и нагрузках горячего водоснабжения изложена в [145].
Методика расчета расходов сетевой воды при двухступенчатой последовательной схеме включения водонагревателей рассмотрена в § 8 3, поскольку применение этой схемы в сочетании с отопительным графиком приводит к перетопу или к недоюпу зданий в течение части отопительного периода.
8.3. Определение температур и расчетных расходов сетевой воды при центральном регулировании по суммарной тепловом нагрузке систем отопления и горячего водоснабжения
При присоединении к двухтрубным тепловым сетям наряду с системами отопления также систем горячего водоснабжения, требующих круглосуточного и круглогодичного поддержания заданной температуры воды перед водоразборными приборами, область применения центрального качественного регулирования существенно сокращается.
При температурах наружного воздуха, превышающих г„зл (зона излома графика, см § 8.2), вплоть до соответствующих началу и концу отопительного периода Гнакс (по нормам 8 — 10 °C) температуры воды в подающих трубопроводах сетей должны поддерживаться постоянными и равными t“3„Ofl. Как показывают расчеты (см. табл. 8.2), продолжительность стояния температур наружного воздуха в пределах этой зоны х(13Л состав
113
ляет примерно от 25 до 60% всей длительности отопительного периода z0T. В пределах этой зоны отпуск теплоты в системы отопления и горячего водоснабжения регулируется на тепловых пунктах изменением расходов сетевой воды на эти системы (местное или групповое количественное регулирование). Вместе с тем даже в той части отопительного периода, в пределах которой возможно применение центрального качественною регулирования по отопительному графику температур, режимы работы систем горячего водоснабжения при отсутствии автоматических регуляторов постоянства расходов сетевой воды перед системами отопления воздействуют на гидравлические и тепловые режимы этих систем. Такое воздействие вызвано непрерывными изменениями расходов воды, разбираемой из систем горячего водоснабжения, в пределах суток и в меньшей мере — ее суточных расходов в пределах недели.
Другим фактором, обусловливающим воздействие режимов работы систем горячего водоснабжения на присоединенные к тому же тепловому пункту системы отопления, является изменение в сезонном разрезе отношения 0! — Gc r/Gr между расходами греющей сетевой Gc г и нагреваемой воды Gr, вызванное повышением температуры в подающих трубопроводах сетей с Гс’пол= 65 или 75 °C в зоне излома графика до г£под = = 150 °C при расчетной температуре наружного воздуха от. В связи с этим максимальные (расчетные) расходы сетевой воды на горячее водоснабжение G£ г всегда имеют место в зоне излома графика, а минимальные — при расчетной температуре воды в подающих трубопроводах сетей.
Необходимые для обеспечения заданной температуры воды в системах горячего водоснабжения расходы воды из подающих трубопроводов сетей поддерживаются автоматическим регулятором температуры, установленным перед смесителем при открытой схеме или водонагревателем при закрытой схеме. Соответствующие расходы сетевой воды изменяются в широких пределах: от близких к нулю значений при расчетной температуре воды в подающих трубопроводах сетей г? под до значений, иногда превышающих расходы нагреваемой воды в зоне излома графика. При отсутствии на тепловых пунктах автоматических регуляторов постоянства расходов сетевой воды на системы отопления эти расходы подвержены значительным колебаниям.
Расчет тепловых сетей на расходы сетевой воды G£yM, равные сумме расчетных расходов ее на системы отопления и макси
мальных на системы горячего водоснабжения, является нецелесообразным, так как приводит к возрастанию диаметров трубопроводов, а потому и капитальных вложений как в эти сети, так и в соответствующие теплоисточники. Кроме toi о, при таком способе расчета использование тепловой ^мощности теплоисточников и пропускной способности тепловых сетей в i оловом разрезе существенно снижается. В связи с этим в нормах [22] оговорено, что при определении расчетных расходов теплоты теплоисточниками эти расходы в части i орячег о водоснабжения должны учитывался как средние часовые за отопительный период, т. е. без введения коэффициентов Ксут и Кч. Такие коэффициенты подлежат учету лишь при расчете распределительных тепловых сетей с отпуском теплоты только системам горячего водоснабжения. Для обоснования таких указаний при отсутствии баков-аккумуляторов горячей воды на тепловых пунктах обычно предполагается, что воздействие внутрисуточных колебаний расходов горячей воды на режимы работы систем отопления не приводит к недопустимым колебаниям температур воздуха в отапливаемых помещениях за счет использования тепловой инерции (аккумулирующей способности) ограждающих конструкций зданий. Обязательным условием при этом является соблюдение расчетных балансов отпуска теплоты системами отопления в суточном разрезе.
Двухступенчатая последовательная схема включения водонагревателей специально разработана в расчете на использование тепловой инерции зданий для компенсации воздействия на температуры воздуха в них внутрисуточных изменений расходов воды в системах горячего водоснабжения. При этой схеме в отличие от двухступенчатой смешанной (см. § 8.2) вода из подающего трубопровода сетей после прохождения через вторую ступень водонагревателей направляется в систему отопления в смеси с водой из этого же трубопровода, поступающей по обводному трубопроводу второй ступени. При этой схеме суммарный расход сетевой воды на систему отопления поддерживается постоянным за счет работы регулятора постоянства расхода, установленного на обводном трубопроводе второй ступени.
Таким образом, при последовательной двухступенчатой схеме гидравлические режимы систем отопления поддерживаются стабильными, но вместе с тем колебания тепловых нагрузок второй ступени приводят к соответствующим изменениям температур сетевой воды на входе в систему отопления и ее теплоотдачи. Изменения расходов сете
114
вой воды на системы i орячего водоснабжения, которые обусловлены графиком центрального регулирования ее температуры в подающих трубопроводах сетей, при двухступенчатой последовательной схеме могут быть уч1ены путем перехода от отопительного графика температур к другому графику Такой учет сводится к надбавке на соответствующие отопительному графику температуры воды в подающих трубопроводах сетей в размере, компенсирующем охлаждение этой волы во второй ступени
Полученные таким образом графики температур сетевой воды при центральном регулировании обычно называются повышенными или корректированными. В таких графиках в отличие от отопительною учтено воздействие на режимы работы систем отопления изменений расходов сетевой воды на системы горячего водоснабжения, а потому такие графики можно охарактеризовать как соответствующие регулированию по суммарной тепловой нагрузке систем отопления и горячего водоснабжения. В частности, при корректированном графике темпера гур в сочетании с двухступенчатой последовательной схемой включение в суммарные расходы сетевой воды этих расходов на вторую ступень водонагревателей может оказаться иг лишним. В этом случае суммарные расходы сегевой воды для тепловых пунктов при oicyiciBnii систем вентиляции совпадают с иковыми для систем отопления Тем самым достигаются минимальные значения удельного расхода сетевой воды суммарно по системам отопления и горячего водоснабжения, кг/МДж, равные
_р _ GPCOT106 = Срсот-106
ScvM 25т + е,р Ш1 + СТР)
=--------------------s------• (8.33)
(1 + стр)(грпо1 - грт обр)
Здесь величиной ст[ характеризуется отношение расчетных расходов теплоты на горячее водоснабжение и отопление для данного зчания или группы однотипных зданий, связанное с отношением расчетных расходов сетевой воды на эти системы pF = G[/GPT следующей гависимостью •
Р= JUpP__A-:fr г OP г tP _ гР , Vot 1спод *от оор
(8.34)
Значения стр для жилых зданий могут быть получены с помощью укрупненных показателей удельных расчетных расходов теплоты отдельно на отопление и на горячее водоснабжение этих зданий, отнесенных к одному жителю. Методика определения таких показателей описана в § 7 3. Поскольку в нор
мах [19] удельные расходы горячей воды для жилых зданий в расчете на одного жителя приведены применительно к средним суткам отопительного периода gLrp сут, кг/сут, в формулу (8.34) целесообразно подставить также средние суточные значения отношений ст[р сут и р[р tyT, связанные между собой зависимостью
ор tp - tp с
ср С\Т НГ _ -.ср сут *С ПО1 1ОТ обр (Q
Рг = r tp-tp ,( 3'
ЛсутЛг fr 4Х
Значения ст[р сут для жилых зданий при пяти значениях расчетной температуры наружного воздуха грот в интервале от —15 до —55 °C сведены в табл 8.3, отдельно при учете внутренних тепловыделений и без такого учета. Эти значения представлены в виде интервалов, нижняя граница которых соответствует значению удельной характеристики тепловых потерь q*п = 0,32 Вт/(м3-К), а верхняя — значению q*n = 0,40 Вт/(м3- К) при г^аз = —30 °C с дополнительным учетом климатического коэффициента ркл при других значениях расчетной температуры »Р от 41
Для двухступенчатой последовательной схемы при отнесении суммарных расчетных расходов сегевой воды на тепловом пункте к сумме -этих расходов на системы отопления и средних за сутки отопительного периода на системы горячего водоснабжения получаем
р = Gpo1-106 = GpCOT-106 = gcyM е§т + егрсут е§т(1+ <ггрсут)
=---------------------------. (8.36)
(1 _|_ ПСР Сутч _ fP . ) ' >
Ы । °г Господ ‘от обрГ
При рр = 1, Ксут = 1,2 и Кч = 2,4 находим ст/р сут _ о 26, а потому при tp под — 150 °C и & обр = 70 °C gpyM = 2,37 кг/МДж.
Для расчета корректированного графика температур при двухступенчатой последовательной схеме исходными являются тепловые балансы обеих ступеней водонагревателей применительно к их средней нагрузке за сутки максимального расхода горячей воды, поскольку колебания суточных расходов ее в пределах недели практически не могут компенсироваться за счет тепловой инерции зданий. Эти средние нагрузки характеризуются значениями /г = G^aKC cyT/G[ = 1/Кч [см. формулы (7.25)] и соответственно рМакс сут, равными
гамаке сут пр
-макс сут = _{г______ Рг _
Р' Gp0T Кч
= КсуХР сут (f? под - & Обр)
(8-37)
Таблица 8.3 Значения отношения ст[р су1 расчетных расходов теплоты на системы горячего водоснабжения в среднем суточном разрезе и на системы отопления жилых зданий при расчетных температурах наружного воздуха грот от —15 °C до —55 °C
Расчетная гемпература наружного воздуха р о> с 'н • Значения климатического коэф фициен га Ркл Интервал значений с[р суг при расходе горячей воды g[p сут = = 105 кг/сут на одного жителя в жилых зданиях, расчетной разности температур гр — гр = 60 °C и различных удетьных расчетных расходах теппоты на отопление зданий на одного житечя х*.
без учета внутренних тепловыделений в зданиях при обеспеченности полетной II ющадью на одного жи ге тя fno ] при уче<с внугренних 1енловыде-лений в маниях и обеспеченности полезной н юнга <ыо на одного жшеля /1Ю,
13 5 м2 18 м2 13.5 м' 18 м2
-15 1,32 0,252-0,345 0,188-0,259 0,315-0.468 0,236-0,357
-20 1,19 0,238-0,325 0,178-0,244 0.293 0.439 0,220-0,329
-30 1 0,216-0,294 0,162-0,221 0.270-0.384 0.196-0,288
-40 0,87 0,198-0,270 0.149-0,202 0,236 — 0,344 0.177-0,258
-55 0,70 0,185-0,250 0,138-0,187 0,216-0,312 0,164-0,231
Примечания 1 Значения удельных расчетных расходов теплоты па oion iciihi жилых зданий, отнесенных к одному жителю, подсчитаны либо без учета внутренних леи юны ie юппи либо с их
учетом при значениях полезной площади 13 5 и 18 м2 на жителя и шачепин обьемного коэффициента для жилых зданий 4,5 м3/м2 [см формулы (7 44) и (7 45)]
2 Значения с^р сут представлены в виде интервалов при удельной ха рак юристке лепловых потерь жилых зданий в пределах и = 0.32- 0,40 Вт/(м3 К) при расчелной leMiicpaiypc наружного воздуха гр 01 =—30 °C При остальных расчетных температурах эти значения нодсчиланы с учеюм климатического коэффициента Ркп по лаба 7 5
При расчете температур сетевой воды для корректированного графика и двухступенчатой последовательной схемы предполагается, что в системах отопления поддерживается в среднесуточном разрезе отопительный график температур При этом температура смеси потоков сетевой воды, поступающих в систему отопления tc от как через вторую ступень водонагревателя, так и в обвод ее, соответствует отопительному графику, рассчитанному по уравнению (8 9), а расходы сетевой воды при всех тепературах наружного воздуха одинаковы и равны Ор расчетным Gc от == Gp от = —-р _ ------
£ в Испод ‘от обр/ см формулу (8 12) Тогда температуры гот обр в среднесуточном разрезе также соответствуют температурам воды в обратных трубопроводах систем отопления по отопительному графику, г е. формуле (8 И) При этих допущениях температура воды в подающем трубопроводе сетей при корректированном графике составляет
t —t , _макс сут/.р _ । д.нач мин,
‘с ПОД ‘с ОТ I Рг ’ V J- Гог обр Т CAtj )
(8 38)
Соответствующая температура сетевой воды на выходе из первой ступени в обратный трубопровод сетей составляет
х _ _х _макс сут/ж хр Ахначминч
‘с обр *ОТ обр Рг VO7 обр ‘X ^Ч )
(8 39)
Соответствующее тначение (3, = GC1/Gr равняется
Рг = -------------------1 ------------------. (8 40)
_макс сут ,______С о г ^от обр_____
ю »Р . , А/нач мин
Ч — ‘от обр + Дц
В формулах (8.38), (8.39) и (8 40) можно принимать Дт"ач мин = tor обр — fi = 2 ПС, где Г| — температура нагреваемой воды после первой ступени. Наиболее обоснованным следует считать сохранение точки излома в корректированном графике для двухступенчатой последовательной схемы при той же температуре наружного воздуха г"31, что и в случае отопительного графика, как предусмотрено нормами [22]
Нагрев воды в водонагревателях горячего водоснабжения до расчетной температуры при Qf только за счет теплоты воды, покидающей системы отопления, г е в первой ступени, возможен при rH = О| и гот обр — 20 С и соблюдении неравенства дер сут iz v-
pF - —г—Т-рА < 1 [см формулы (8.35)
^01
и (8.36)], которому соответствует ст[р сут < <0,26. Этим неравенством ограничивается возможная область применения двухступенчатой последовательной схемы.
Помимо двухступенчатой последовательной схемы применение корректированного графика в целях сокращения удельного
расчетного расхода сетевой воды суммарно по системам отопления и горячего водоснабжения целесообразно также при других схемах присоединения этих систем к сетям. Однако такой график для открытой схемы, а также для одноступенчатой параллельной или двухступенчатой смешанной схемы связан с переходом на качественно-количественное регулирование систем отопления. При этом внутрисуточные колебания расходов сетевой воды на системы горячего водоснабжения приводят только к изменениям расходов воды на системы отопления при ее постоянной температуре в подающих трубопроводах этих систем.
Ниже изложена методика расчета расходов и графиков температур сетевой воды при наличии регуляторов постоянства ее расхода на тепловых пунктах, установленных на подающих трубопроводах до смесителей при открытой схеме и до ответвления ко второй ступени водонагревателей при закрытой двухступенчатой смешанной схеме их включения [145]. При наличии таких регуляторов суммарный расход сетевой воды на системы отопления и горячего водоснабжения (присоединенные к тепловому пункту, где установлены смесители или водонагреватели) поддерживается в течение отопительного периода постоянным. Этот суммарный расход может быть выбран с учетом допустимо! о изменения расходов воды в системах отопления как в сезонном, так и в су-I очном разрезе. Постоянными при этом являются также расходы сетевой воды в подающих трубопроводах тепловых пунктов, и при закрытой схеме — также в их обратных трубопроводах (см. § 8.1).
При открытой схеме постоянный при всех режимах суммарный расход воды в подающем трубопроводе теплового пункта должен составлять
СсТод=ЛтСРс.от + Р1СГ, (8.41) 1 Де Л>т = G0T/GgT и Рг = Gc r/Gr.
Расчет графика количественно-качественного регулирования должен базироваться на режимах при среднем расходе сетевой воды на системы горячего водоснабжения за сутки максимального водоразбора G^aKCCyT. Этому режиму при точке излома принятого графика должно соответствовать расчетное отношение А расхода воды в системе отопления Got'1 к расходу Gp, при принятом способе регулирования и расчетной температуре наружного воздуха:
jgT = G™7GPT. (8.42)
Как показывают расчеты [145], при качественно-количественном регулировании
систем отопления оптимальным является соотношение между относительным расходом воды в системе j01 и относительной отопительной нагрузкой фог, равное
jS?T = (ФотГ, (8-43)
где показатель степени т зависит от схемы подачи воды в отопительные приборы. Для наиболее распространенных однотрубных схем такой подачи т = л/(1 4- и), где п — показатель, зависящий от схемы включения отопительных приборов (см. § 8.2).
Так как при расчете графиков температур сетевой воды следует исходить из близкого к максимальному значения п = 0,32 (см. § 8.2), то для оптимальных значений получается соотношение
Jo?T = (Фот)0'242. (8.43а)
В соответствии с этой формулой значения jo"T снижаются от единицы при фот = = 1 до 0,845 при фот = 0,5; 0,80 при фот = 0,4 и 0,68 при фот = 0,2. С учетом этих оптимальных значений а также необходимости сохранения минимальной циркуляции в системах отопления в точке излома графика при максимальном расходе воды наиболее обоснованным при значениях сут по табл. 8.3 (но не выше 0,26) является выбор интервала значений jgT = 0,7 -е- 0,8.
При открытой схеме суммарный расчетный удельный расход сетевой воды, отнесенный к сумме расходов теплоты расчетного для систем отопления и среднего за сутки отопительного периода для систем горячего водоснабжения, при корректированном графике составит
п _ GPCYM-106 GPcyM106
ум е£т + е?рсут Ш1+ <^рсут)
238,7 Г 7'РТ ксута[рсут~
1 + стср.сут |_tР под _ tPT обр гР - tP
При любом режиме кроме точки излома графика значения j0T — GOT/GPT определяются по формуле
. = jW - Г?) + КСуХР СУТ (Грс.под - ^т.ср)
7от „ ср. сут
,Р _ + ----(,Р _ ,от ер)
Фот (8.45)
После определения значений jor для любого режима с известными величинами Фот и СрРсут соответствующая температура воды в подающих трубопроводах сетей определяется из уравнения
с.ПОД ^от.ср 4" . (ГР.ПОД ^от.ср), (8.46) Jot
117
при этом значения t0TCp, 10ТП0Д и tOTo6p находятся из уравнений (8.1), (8.2) и (8.3).
Расчет корректированного графика температур по формуле (8.46) при открытой схеме приводит в области низких температур наружного воздуха к значениям ]от, большим единицы, а стало быть, и к температурам воды в подающих трубопроводах сетей tc Г10Д более низким, чем при отопительном графике. Точка пересечения отопительного и корректированного графиков соответствует значению j0T = 1 или соотношению
>?-«Х _,р (1-Д,№Г-Ф ,о,7>
пер —‘с под ‘от ср „ „срсут ’
Фот J'CyT^l
Для определения по этой формуле значения ф"®р, соответствующего точке пересечения графиков, можно использовать приближенное выражение, пригодное при фот > 0,5. В этом случае при г? под — 150 °C, tgT ср = 82,5 °C, tp = = 65 °C, tp — 5 °C и Ксут — 1,2 получаем
„ ' (8-48)
3 IQ _ ’ Стср СУТ
В области высоких температур наружного воздуха, соответствующих малым значениям <рот, наибольшее превышение температур воды в подающих трубопроводах сетей при корректированном графике по сравнению с отопительным имеет место в точке излома отопительного графика.
При открытой схеме режимы работы с температурами воды в подающих трубопроводах сетей выше tp = 65 °C не представляют таких преимуществ, как при закрытой, а поэтому такое превышение целесообразно использовать для сокращения зоны излома графика. Тогда значения ФоГ и г£лср при корректированном графике в точке его излома, при которой t”3^ = tr = 65 °C и Jot = Jot> должны быть связаны соотношением
,р_.ил гр _ гр
‘г ‘от ср _ ‘с ПОД ‘от ср /о ДО) ф£л JgT
Для определения ф”3'1 из соотношения (8.49) следует использовать приближенную формулу (8.46), пригодную для интервала значений 0,2 < фот < 0,5.
При качественно-количественном регулировании и открытой схеме отношение расчетных расходов воды на горячее водоснабжение и отопление р[ — G[/GgT должно быть, как и в случае качественного регулирования, меньше единицы, что при Кч = 2,4 и Ксут = = 1,2 соответствует неравенству ст[р сут < 0,26. Выполнение этого условия обеспечивает отсутствие опрокидывания циркуляции воды 118
в обратных трубопроводах тепловых сетей (см. § 8.2).
Применение корректированного графика температур с регуляторами постоянства расхода воды на подающих трубопроводах тепловых пунктов особенно целесообразно при двухступенчатой смешанной схеме, поскольку ее применение не ограничено какими-либо предельными значениями отношения расчетных нагрузок горячего водоснабжения и отопления. Расчет такого корректированного графика в основном соответствует описанному выше для открытой схемы.
При его построении в основу также должны быть положены средние расходы воды на горячее водоснабжение за сутки максимального водопотребления С^акссУт и соответствующие им значения р^акс сут по формуле (8.37).
Применительно к двухступенчатой смешанной схеме удельные расчетные расходы сетевой воды, отнесенные к суммарной нагрузке отопления и горячего водоснабжения, составляют
л - СРсум-Ю6 238,7 у
ум + е?р сут 1 + <тгр сут
>Р RPк псР СУТ ”
X ---------------+ . (8.5О)
_ ПОД ^ОТ обр ?Г f X
В рассматриваемом случае целесообразно принимать /рт = 0,75-=-0,80. Значение РР определяется из выражения, см. формулу (8.31)
,р ,изл । Лгкон Р пр _ И - tpT обр + =
.ВЛ _ .ИЗЛ ‘с под ‘от обр
fP _ )И31 . д»кон р
_ ' ‘от обр + /о 5 п
fp _ *изл , д.нач р • '
‘г ‘от обр + а‘П
Значения ДГ[|ач р соответствуют принятым в формуле (8.31), а Дг”®'1 р — разности между температурой воды в подающем трубопроводе сетей г“3]ол и расчетной температурой горячей воды tp, которая по нормам [22] принимается не менее 10 °C.
После выбора значений и определения температуры воды в подающих трубопроводах сетей при корректированном графике температур и любых значениях фот определяются по формуле (8.46) с подстановкой в нее следующих значений jor:
Jot UP ~ * х) , Rn / р р , _
Р” —ср сут ~ Рг Нс под 1от обр/
у __ ^сут^г____________________________
tP - Я - f0, ср + At]Ha4
*сут<т[рсут Фот
~ у Uot под — ^от. обр) (8.52)
Значения /от по формуле (8.52) могут быть также использованы для определения температур воды в подающих и обратных
трубопроводах систем отопления при любом режиме с известными значениями t0T ср и фот, см. формулы (8.2) и (8.3).
Глава девятая
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ВОДЯНЫХ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
9.1. Основные задачи и исходные данные гидравлических расчетов
Гидравлические расчеты трубопроводов водяных тепловых сетей являются необходимым этапом их проектирования, следующим за определением расчетных тепловых нагрузок, выбором трассы и определением расчетных расходов сетевой воды. Такие расчеты выполняются отдельно по каждому участку сетей, на протяжении которого внутренние диаметры труб и расчетные расходы сетевой воды остаются неизменными, и предназначены для решения следующих основных $адач:
1) определения по заданным расчетным расходам воды внутренних диаметров труб дчя каждою участка сетей, причем этими диаме1рами в сочетании с длинами трубопроводов и способом их прокладки в основном определяются капитальные вложения и расходы металла на сооружение сетей;
2) определения перепадов давления теплоносителя в пределах каждого участка при in данных расходах его, а также известных пну|ренних диаметрах и длинах труб на данном участке. Эти перепады давления ЯИПЯЮ1СЯ исходными для последующего определения потребных напоров перекачивающих сетевых насосов, а в сочетании с данными о давлениях воды в сетях при неработающих насосах (статические режимы) — гакже для анализа гидравлических режимов сетей при работающих насосах (динамические режимы);
3) определения расходов теплоносителя на данном участке, соответствующих известным диаметрам труб и выбранным значениям перепадов давления, отнесенным к одному метру длины труб. Такие расчеты необходимы при рассмотрении аварийных режимов работы тепловых сетей, а также при разработке проектов их расширения и реконструкции.
Гидравлические расчеты водяных тепловых сетей базируются на основных положениях и закономерностях механики жидко
стей применительно к движению воды в стальных трубопроводах. В этих сетях вода находится при температурах, которые в подающих трубопроводах изменяются в пределах от 60 до 150 °C (в перспективе до 200 °C), а в обратных трубопроводах — от 30 до 80 °C. Изменения физических параметров воды в этих интервалах температур оказывают существенное влияние на закономерности ее движения, а потому должны учитываться в расчетах. Вместе с тем влияние давления на эти параметры, обусловленное в основном сжимаемостью воды, является ничтожным. В связи с этим физические параметры воды обычно приводятся применительно к давлениям, соответствующим кипению воды заданной температуры (так называемые параметры линии насыщения).
Значения плотности воды рв, кг/м3, при давлениях от 0,6 кПа (0,0006 МПа) до 1,555 МПа и температурах на линии насыщения приведены в табл. 9.1.
Существенное влияние на результаты гидравлических расчетов оказывают значения вязкости воды — либо динамической цв, Па-с, либо кинематической .vB, м2/с, связанных между собой соотношением
VB = Мв/Рв- (9-1)
Значения динамической цв и кинематической vB вязкости воды на линии насыщения при температурах от 0 до 200 °C приводятся в табл. 9.2.
Основными исходными данными при I идравлических расчетах водяных тепловых сетей являются расчетные расходы воды по отдельным участкам. Методика определения расчетных расходов сетевой воды описана в гл. 8.
При гидравлических расчетах трубопроводов необходим определенный набор значений внутренних диаметров труб, соответствующий принятому сортаменту этих труб для тепловых сетей. В основу сортамента положены значения условных проходов труб Dy, мм, по ГОСТ 355-67 (см. гл. 3), соответствующие значениям условных проходов труб от Dy 25 мм (минимальный по
Таблица 9.1. Плотность воды при различных давлениях и температурах на линии насыщения
Давление абсолютное pB6t, 0,0006 0,0009 0,0010 0,0012 0,0015 0,0017 0,0020 0,0023 0,0030 0,0032 0,0040 0,0042
МПа (10* Па) Температура воды /В,С 0 5 6,98 10 13,03 15 17,51 20 24,10 25 28,98 30
Плотность воды рв, кг/м3 999,8 1000,0 999,9 999,7 999,4 999,2 998,8 998,3 997,3 997,1 996,0 995,7
Давление абсолютное р'™,1 0,0050 0,0056 0,0060 0,0070 0,0074 0,0096 0,0100 0,0120 0,0123 0,0150 0,0157 0,0199
МПа (10* Па) Температура воды /в, °C 32,90 35 36,18 39,02 40 45 45,83 49,45 50 54,00 55 60
П тотность воды рв, кг/м3 994,8 994,0 993,6 992,6 992,3 990,2 989,9 988,2 988,0 986,2 985,7 983,2
Давление абсолютное /?вбс, 0,0200 0,0250 0,0300 0,0312 0,0385 0,0400 0,0474 0,0500 0,0578 0,0600 0,0701 0,0800
МПа (10* Па) Температура воды /в, С 60,09 65 69,12 70 75 75,89 80 81,35 85 85,95 90 93,51
Плотность воды рв, кг/м3 983,1 980,5 978,2 977,7 974,7 974,2 971,6 970,8 968,4 967,8 965,2 962,7
Давление абсолютное р*60, 0,0845 0,0900 0,1000 0,1013 0,1208 0,1433 0,1500 0,1690 0,1985 0,2000 0,2321 0,2500
МПа (10* Па) Температура воды tB, °C 95 96,71 99,63 100 105 110 111,40 115 120 120,23 125 127,43
Плотность воды рв, кг/м3 961,7 960,4 958,4 958,1 954,5 950,7 949,7 946,8 942,9 942,7 938,8 936,8
Давление абсолютное />вбс. 0,2701 0,3000 0,3131 0,3500 0,3614 0,4000 0,4155 0,4500 0,4760 0,5000 0,5433
МПа (10* Па) Температура воды /в, С 130 133,54 135 138,88 140 143,62 145 147,92 150 151,85 155
Плотность воды рв, кг/м3 934,6 931,5 930,2 926,9 925,8 922,6 921,4 918,7 916,8 915,1 912.1 —
Давление абсолютное р^, 0,6000 0,6180 0,6500 0,7001 0,7500 0,7920 0,8000 0,8500 0,8925 0,9000 0,9500
МПа (10* Па) Температура воды гв, °C 158,84 160 161,99 165 167,76 170 170,42 172,95 175 175,36 177,67
Плотность воды рв, кт/м3 908,3 907,3 905,3 902,4 899,5 897,3 896,8 894,3 892,1 891,8 889,4 __
Давление абсолютное рвб\ 1,0000 1,0027 1,1000 1,1234 1,2000 1,2552 1,3000 1,3989 1,5000 1,5551 —
МПа (10* Па) Температура воды /в, °C 179,88 180 184,06 185 187,96 190 191,60 195 198,28 200
Плотность воды рв, кг/м3 887,0 886,9 882,3 881,5 878,3 876,0 874,3 870,4 866,7 864,7 — —
Примечание Значения плотности воды подсчитаны по данным [106]
Таблица 9.2. Динамическая и кинематическая вязкость воды при различных температурах на линии насыщения
Температура воды tB, °C
Динамическая вязкость воды цв • 106, Па • с
Кинематическая вязкость воды vB • 106, м2/с
Температура воды tB, С
Динамическая вязкое! ь воды цв • 106, Па с
Кинематическая вязкое н. воды vB • 106, м-’/с
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1792 1308 1003 797,7 653,1 547,0 466,8 404,4 354,9 314,9 282,1
1,792 1,308 1,005 0,801 0,658 0,554 0,475 0,414 0,365 0,326 0,294
НО 120 130 140 150 160 170 180 190 200 -
254,9 232,1 212,7 196,1 181,9 169,6 158,8 149,4 141.0 133,6 -
0,268 0,246 0,228 0,212 0,198 0.187 0,177 0,168 0,161 0,155 -
Примечание. Значения динамической вязкости «аимствованы из [106], а по ним и по формуле (9 I) подсчитаны значения кинематической вязкости.
нормам [22] условный проход, допускаемый к применению только в ответвлениях к отдельным зданиям) до £>v 1400 мм (максимальный условный проход I руб, применяемых в настоящее время в i силовых сетях). При ном каждому значению условного прохода соответствует только одно значение наружною диаметра труб, но несколько значений ючщины их стенок, а именно: от 2 3 мм при наименьших условных проходах Dy 25-? 40 мм до 9 — 16 мм при наибольших условных проходах Dy 1200-?
1400 мм. Связанные с этим изменения шаченим внутренних диаморов труб dBH, м, при одном наружном диаметре dH, м, должны учитываться при определении площади поперечного сечения трубы в свету /вн, м2, по формуле
Лн = = 0,7854</вн. (9.2)
4
Выборка из сортамента труб для тепловых сетей со значениями Dy, dB, dBH, 5С1 и /вн приведена в табл. 9.3.
Согласно табл. 9.3 наибольшие значения отношения Ан/.Лвн = -т-1,9 соответствуют
переходам между значениями условных проходов Dy/D'y = 70/50, 100/80, 125/100, 250/200 и 500/400 мм. Для остальных переходов эти значения находятся в интервале 1,2 — 1,45.
9.2. Формулы и таблицы для гидравлических расчетов
Течение жидкости по трубопроводам сопровождается потерями ее энергии на преодоление сил трения, возникающих при сопри
косновении поверхности движущейся жидкости с внутренней поверхностью труб (так называемые линейные потери). Кроме того, дополнительные потери энергии возникают в местах резко! о изменения направления (повороты, изгибы) или площади сечения потока жидкости (переходы с одного диаметра труб на другой), при ее прохождении через арматуру и измерительные приборы, а также при разделении одного потока на несколько потоков или их объединении в единый поток. Средние скорости потока wcp в поперечном сечении трубы связаны с количествами протекающей через это сечение жидкости за единицу времени уравнениями неразрывности потока
1/=УВни'ср = ~^^вни'ср = 0,7854^BHwcp, (9.3)
6 = Ср = /внН'срР = ^-^н^ерр = 0,7854г/2ни'срр.
(9.3а)
Здесь V, м3/с — объем; G, кг/с — масса жидкости, протекающей за секунду через сечение трубы площадью в свету /вн, м2; р, кг/м3 — плотность жидкости.
Для стационарного течения вязкой жидкости при постоянстве ее температуры и скорости в пределах рассматриваемого участка применение закона сохранения энергии к массе потока жидкости приводит к уравнению Бернулли:
пУЧ уч уч
(9.4)
Р Р Р
или
ДРуч = Рнач Ркон ~ Ртр 4" Pg (Zrqh 2нач)- (9.4а)
1Э1
Таблица 9.3. Условные проходы, наружные и внутренние диаметры и толщины стенок труб по сортаменту для тепловых сетей, их площади поперечного сечения в свету, значения массовых расходов воды и числа Рейнольдса при скорости воды 1 м/с и температуре 100 °C
Условный проход груб Dy, мм Диаметры труб Толщина стенки труб 8СТ, м Площадь поперечного сечения труб в свету /вн- м? Массовый расход воды при скорости 1 м/с и температуре 100 °C GB, кг /с Число Рейнольдса Re при скорости воды 1 м/с, и температуре 100 СС
наружный dH, м внутренний г7вн, м
25 0,032 0,026 0,003 0,531 10“3 0,5088 70400
25 0,032 0,028 0,002 0,616 10~3 0,5902 95 100
32 0,038 0,032 0,003 0,804- 10“3 0,7703 108 800
32 0,038 0,034 0,002 0,908- 10“3 0,8700 115 500
40 0,045 0,039 0,003 1,195 10“3 1,145 132 600
40 0,045 0,041 0,002 1,320-10“3 1,265 139 900
50 0,057 0,051 0,003 2,042- 10“3 1,957 173 200
65 0,076 0,070 0,003 3,848 - 10“3 3,687 237 800
80 0,089 0,082 0.0035 5,281 • 10“3 5,060 278 600
100 0,108 0,100 0,004 7,854- 10“3 7,525 339 700
125 0,133 0,125 0,004 12,27- 10“3 11.76 424 600
150 0,159 0.150 0,0045 17,67- 10“3 16,93 509 600
175 0,194 0.184 0,005 26,59 -10“3 25,48 625 000
200 0,219 0,207 0,006 33,65 • 10“3 32,24 703 200
200 0,219 0,211 0,004 34,97 -10“3 33,51 716 800
250 0,273 0,259 0,007 52.69 -10“3 50,48 879 800
250 0,273 0,263 0,005 54,33- 10-3 52,06 893 400
300 0,325 0,309 0.008 74,99- 10“3 71,95 1 050000
300 0,325 0,315 0,005 77,93- 10“3 74,97 1 060000
350 0,377 0,359 0,009 0,1012 96,96 1 220000
350 0,377 0,367 0,005 0,1058 101,38 1257000
400 0,426 0,408 0,009 0,1307 125,23 1 386000
400 0,426 0,414 0,006 0,1346 128,96 1 406000
500 0,530 0,512 0,009 0,2059 197.28 1 739 000
500 0,530 0,518 0,006 0,2107 201.88 1 760000
600 0,630 0,610 0,010 0.2922 278,07 2 072 000
600 0,630 0.618 0,006 0,3000 287,44 2 099 000
700 0.720 0,698 0,011 0,3826 366,58 2 371 000
700 0,720 0,706 0,007 0.3915 375.11 2 398000
800 0,820 0,796 0,012 0.4976 476,77 2 704000
800 0,820 0,806 0,007 0,5102 488,84 2 738 000
900 0,920 0,892 0.014 0,6249 598,74 3 029000
900 0,920 0,904 0,008 0.6418 614,93 3 071 000
1000 1.020 0,990 0,015 0,7698 737,57 3 363 000
1000 1,020 1,004 0,008 0,7917 758,55 3411 000
1200 1,220 1.188 0,016 1,1085 1062,1 4036000
1200 1.220 1,204 0,008 1,1347 1087,2 4083000
1400 1,420 1,388 0,016 1,5131 1438,4 4715000
1400 1,420 1,400 0,010 1,5394 1474,9 4 756 000
Здесь р„ач и р^„, Па — давления жидкости в начальном и конечном сечениях груб в пределах участка; р, кг/м3 — плотность жидкости; z£a4 и z£o„, м — ординаты, соответствующие центрам начального и конечного сечений трубы относительно произвольной горизонтальной плоскости Геодезические отметки); g, м/с2 — ускорение силы тяжести в гравитационном поле Земли, которое в гидравлических расчетах можно принимать постоянным и равным g = 9,81 м/с2.
Величина руТр соответствует перепаду давления жидкости между начальным и конечным сечениями трубы на участке, вызванному расходом энергии потока жидкости на преодоление сил трения между этим потоком и внутренней поверхностью трубопровода, а также на местные потери. Величина Azy4 = z^H - z,^4, м, которая может быть либо положительной, либо отрицательной, соответствует разности между геодезическими отметками начального и конечного
ITT
сечений трубы на участке. Эта величина равна нулю для горизонтально уложенных трубопроводов, а также для любых замкнутых контуров циркуляции жидкости, которые характерны для двухтрубных водяных тепловых сетей с подающими и обратными трубопроводами. Поэтому суммарный перепад давлений по всем участкам трубопроводов, образующим такой контур, равен
Е РуЧ = Е Ртр = рс нач — рс кон. (9.5)
В (9.5) рснач и рскон — значения давления сетевой воды в начальной и конечной точках циркуляционного контура, обычно замыкающегося в источнике теплоснабжения, причем разность давлений рс нач — Рс кои поддерживается за счет работы циркуляционных сетевых насосов.
В общем случае величина состоит из двух слагаемых, соответствующих линейным и местным потерям, причем линейные потери в пределах участка из труб одного внутреннего диаметра и с одинаковыми на всем протяжении расходами воды пропорциональны длине /уч этого участка. Второе слагаемое Арм соответствует местным потерям энергии в пределах участка. Таким образом, имеем
Дртр = АРтр^уч АРм- (9.6)
Чдесь Артр, Па/м — удельный перепад /шипения на трение, отнесенный к 1 м длины y<iaciKa. Его величина определяется уравнением Дарси — Вейсбаха
Артр = ^-TpPwcp/2^BH • (9-7)
Подставляя вместо скорости wcp выражение через массовый расход жидкости G по формуле (9.3а), получаем
Артр —
= 0,8106
“внР </внР
(9.7а)
Безразмерный коэффициент Х1р носит название коэффициента гидравлического трения или гидравлического сопротивления. Определение по формулам (9.7) перепадов давления жидкости, затраченных на преодоление трения в трубах, требует предварительного определения значений Хтр. Только при таких режимах, когда эти значения можно считать не зависящими от скорости wcp, удельные перепады давления на трение оказываются пропорциональными плотности и квадрату скорости жидкости и обратно пропорциональными диаметру трубы. Как показывают теоретические соображения и экспериментальные данные, значения Х.тр во многих случаях зависят от скорости или расхода жидкости, а также от ее темпера
туры. Так, при малых скоростях и большой вязкости жидкости отдельные частицы потока движутся параллельно оси трубы, причем максимальной скоростью обладают частицы, расположенные по этой оси (ламинарное течение жидкости).
Характеристикой режима течения жидкостей, в частности критерием перехода ламинарного течения в турбулентное, является безразмерный параметр (число Рейнольдса) Re, характеризуемый соотношением
Re = ^ср^вн _ wcp^bhP (98)
v М ’
Комбинируя формулы (9.3а) и (9.8), можно получить следующее выражение для числа Re в зависимости от массового расхода жидкости:
Res=^=U732G (М)
itdBHpv Р^вн
Скорости воды в трубопроводах тепловых сетей при расчетном режиме обычно находятся в интервале wB = 0,5 4- 3 м/с, по нормам [22] и не должны превышать 3,5 м/с.
Для облегчения расчетов значений GB по формуле (9.3а) и Re по формуле (9.9) в табл. 9.3 приведены эти значения при скорости воды wB = 1 м/с и ее температуре 100 °C для всего сортамента труб, применяемых в тепловых сетях.
Расчеты по формуле (9.9) показывают, что значения Re, меньшие 2000 — 2300, соответствующие ламинарному течению в трубопроводах водяных тепловых сетей, практически не встречаются. Даже при минимальном диаметре трубы dBH = 0,026 м и низкой температуре воды в обратных трубопроводах гс обр — 30 °C такие значения Re соответствуют ничтожной скорости течения wB = = 0,06 4- 0,07 м/с. Поэтому в дальнейшем рассматриваются гидравлические расчеты только для турбулентного течения.
При повышении числа Re свыше 2000 — 2300 и переходе ламинарного течения в турбулентное значения коэффициента Хтр скачкообразно возрастают с 0,028—0,032 до 0,038 — 0,040. При дальнейшем росте числа Re эти значения постепенно снижаются.
Особенностью турбулентного течения в трубах является влияние на значения Хтр помимо числа Re шероховатости внутренней поверхности труб, возникающей в основном за счет коррозии этой поверхности. У труб из металлов, не подверженных коррозии при воздействии на них воздуха и воды, например из латуни или нержавеющей стали, а также для стальных труб при малых числах Re влияние шероховатости на гидравличе
103
ское сопротивление практически неощутимо, а потому такие трубы называются гидравлически гладкими. Зависимость коэффициента Хгр от числа Re при турбулентном течении в гидравлически гладких трубах в интервале значений Re = 5 • 103 + 105 выражается формулой Блазиуса
Xrp = O,3164/Re025. (9.10)
При числах Re, больших 105, получаемые по формуле (9.10) значения Х.тр занижены, поэтому в интервале Re = 105 + 3 • 106 следует пользоваться формулой Никурадзе
0 221
Лтр = 0,0032 + (9.10а)
не
Расчеты по формулам (9.10) показывают, что в области турбулентного течения в гидравлически гладких трубах с ростом числа Re значения Хтр снижаются с 0,0376 при Re = 5 • 103 до 0,0116 при Re = 106.
Подставляя значения Хтр по формулам (9.10) в основную формулу (9.7а) и используя (9.9) для числа Re, получаем выражения для удельного перепада давления на трение в гидравлически гладких трубах:
при значениях Re = 3 • 103ч-105 0,25(^1.75
“О-*1
при значениях Re = 3 • 106+ 10’ z-1.723
Дртр = 0,1942-™ Р^вн
(/" \ о
—
^вн )
(9.11)
(9.11а)
ц0.237
Коррозия стальных труб, не защищенных специальными покрытиями, нанесенными на их внутреннюю поверхность, приводит к появлению на этой поверхности неравномерной шероховатости, детальная характеристика которой неосуществима, а потому для таких труб используется понятие эквивалентной шероховатости еэкв, основанное на сопоставлении опытных значений Дртр для труб после их длительной эксплуатации с соответствующими данными для труб с искусственно созданной равномерной шероховатостью (см. ниже). Значения коэффициента Хтр для труб с такой шероховатостью в общем случае зависят от числа Re и от безразмерного параметра еш, называемого относительной шероховатостью и равного
£ш = ^ш/^вн- (9.12)
Здесь еш, м — высота бугорков, при искусственной шероховатости равная диаметру песчинок, закрепленных лаком на по
верхности трубы (зернистая шероховатость). Эта зависимость коэффициента Хтр от относительной шероховатости проявляется лишь при больших числах Re и полностью отсутствует при ламинарном течении, а также при турбулентном с малыми числами Re, причем влияние относительной шероховатости еш проявляется тем раньше, чем ее значения больше. При больших значениях еш это влияние наб подается при переходе ламинарного течения в турбулентное.
При турбулентном течении с малыми значениями еш имеется интервал чисел Re, в пределах которого значения коэффициента Лгр зависят только от числа Re, но не от шероховатости труб, а поюму такие трубы можно отнести к категории гидравлически гладких и использовать при их расчетах приведенные выше формулы (9.10) и (9.11). Вместе с тем опытами установлено, что для шероховатых труб с ростом числа Re наступает предел, после превышения которого значения удельного перепада давления на трение Дргр практически перестают зависеть от числа Re и определяются только относительной шероховатостью еН1. Эти предельные значения числа ReHp гем ниже, чем больше относительная шероховатость труб еш. В связи с этим в области больших чисел Re удельный перепад давления на трение Дртр в соответствии с формулой (9.7) становится пропорциональным квадрату массового расхода жидкости, поэтому область чисел Re, превышающих предельные значения Renp, часто называется областью квадратичного закона гидравлического сопротивления. •
При обработке опытных данных по значениям Х.тр в области квадратичного закона сопротивления используются теоретические исследования Прандтля по турбулентному течению в шероховатых трубах, в соответствии с которыми зависимость значений Х7р от относительной шероховатости ещ в этой области имеет вид [114]
—L- = 41g—+ В. (9.13) |/ ^-тр Еш
Наилучшее соответствие между полученными в опытах Никурадзе значениями Хгр для турбулентного течения в трубах с искусственной шероховатостью и рассчитанными по формуле (9.13) достигается, если принять А — 2 и В = 1,14. При этом получается следующая формула Никурадзе:
1= 1
1 \2 / 3 715\2
1,14+ 2 1g--- 21g^^
/ \ /
(9.13а)
Таблица 9.4. Гидравлический коэффициент трения для шероховатых труб в области квадратичного закона сопротивления по формуле Никурадзе
Параметр шероховатости Бш Гидравлический коэффициент трения Др 0,03333 / 1 д у зо" J 0.05966 0,02857 / 1 \ у7з? / 0,05594 0,02500 / _1\ У 40/ 0,05299 0,02222 /д_А У 45 / 0,05058 0.02000 / Д \ У 50 / 0,04856 0.01667 1 -О У 60/ 0,04534
Параметр шероховато- 0,01429 0,01250 0,01111 0 01000 0 00833 0.00714
С1И Би, / 1 \ / 1 \ 1 1 Д 1 1 1 1 1
Гидравлический коэффн- У 70/ У 80 / У 90/ У 100 / У 120 / У 140 /
цист трения 7.т 0.04286 0,04088 0,03924 0,03785 0,3562 0,03389
Параметр шероховато- 0,00625 0,00556 0.00500 0 00400 о.ооззз 0,00286
С1И £ш / 1 \
Гидравлический коэффи- У 160 / V 180 / У 200 / У 250 / у 300 / У 350 /
циент трения /.тр 0,03248 0,03132 0,03033 0,02838 0,02693 0.02578
Параметр шероховато- 0 00250 0 00222 0 00200 0 00167 0 00143 0.00125
СГИ бш 1 1 \4оо/ 1 1 1 У 450 / / 1 \ У 500 / / 1 \ У'боо / / ! \ уТоо / / ! У уДоо /
Гидравлический коэффициент трения Zrp 0,02485 0,02406 0,02339 0,02230 0,02144 0,02073
Параметр шероховато- 0 00111 0,00100 0,00083 0,00071 0,00062 0.00056
С1И Бп, 1 1 У 900/ ( 1 У 1000/ / 1 \ УД 20(7 / ( 1 У 1400 / ( 1 УТбОО / / J \ у180(Г/
Гидравлический коэффициент трения Д 0,02013 0.01962 0,01877 0,01810 0,01755 0,01709
Параметр шероховато- 0,00050 0,00040 О.ОООЗЗ 0,00029 0,00025 0,00022
1 III / 1 \ уДооо/ / 1 \ У 2500 / / 1 \ \3ooo/ / 1 \ У 3500 / / 1_\ уДооо / / 1 \ У 4500/
I идравлический коэффициент трения Др 0,01668 0,01588 0,01526 0,01477 0,01436 0,01402
Параметр шероховато- 0,00020 0,00017 0,00014 0,00012 0,00011 0,00010
С1И Бш 1 1 1 [ 1 / 1 \ / 1 \ / 1 \ ( 1
У 5000 / \ 6000 / У 7000 / У 8000 / У 9000 ) у 10000/
1 идравлический коэффициент Др 0,01372 0,01322 0.01283 0,01244 0.01221 0,01200
Примечание Значения Др подсчитаны по формуле (9.13а).
Формула (9.13а) получила эксперимен-Iальное обоснование опытами Никурадзе только в интервале значений еш = 0,0014-0,0333. Исходя из теории турбулентного течения, разработанной Прандтлем, формулу можно распространить также на значения параметра еш, меньшие 0,001. Вместе с тем применение формулы (9.13а) при значениях |’.ц„ превышающих 0,0333, является необоснованным.
Значения коэффициента лгр в области квадратичного закона сопротивления, рассчитанные по формуле (9.13а) для интервала шачений параметра шероховатости е1Н от
0,0333 до 0,0001, приведены в табл. 9.4 Как видно из нее, при сокращении относительной шероховатости еП| значения лтр снижаются сначала быстро, а затем все медленнее. В частности, при еш = 0,025 имеем Др = 0.053, а при еш = 0,0001 Др = 0,012.
Используя формулу (9.13а), уравнение (9.7а) для удельного перепада давления на трение в трубах при квадратичном законе
сопротивления можно представить в следую-
щем виде:
АРтр =
0.2026G2
, Д 3,715т/ Д2 рт/Д 1g---------
(9.14)
174?
Из этой формулы для массового расхода жидкости G при известных значениях внутреннего диаметра dm и шероховатости трубы /ш, а также удельного перепада давления на трение Дртр получается выражение
G = 2,221 (р Дртр)0’5^51g -----в-н (9 14а)
сш
Вместе с тем определение исходя из формулы (9.14) внутреннего диаметра трубы dBH при заданных значениях G, Дртр и еш требует применения способа последовательных приближений. Поэтому представляют интерес приближенные степенные формулы для определения значений А.тр в области квадратичного закона сопротивления. Наиболее удачная из таких формул предложена Б. Л. Шифринсоном:
(\ 0.25
' <9Л5)
“вн /
Сопоставление значений Х.тр по формулам (9.13а) и (9.15) показывает, что использование последней в интервале значений параметра еш = 0,0004-г 0,0030 связано с погрешностью не более ± 2 %. При больших значениях параметра наблюдается быстрое возрастание погрешности приближенной формулы (9.15), которая составляет —11% при еш = = 0,010, а потому при значениях еш, больших 0,005, ею пользоваться нельзя.
Объединяя основную формулу (9.7а) с приближенной (9.15), получаем
Дртр ~
0,08916G2e°’25
Р^№5
(9 15а)
Приближенная формула для определения внутреннего диаметра трубы dBH по заданным значениям G, Дртр и еш такова:
JBH = 0,631
'0,381 „0,0476
(рДРтр)0Л905
(9.16)
Аналогично для определения массового расхода G по заданным значениям JBH, еш и Дртр получаем
G = 3,348 -(Р-ДМ°-5ДН— (9.16а)
ъ Ш
Упрощение гидравлических расчетов труб в области квадратичного закона сопротивления достигается за счет введения параметра удельного гидравлического сопротивления Sy;3 трубы, соответствующего удельному перепаду давления Дртр в ней при» массовом расходе жидкости G, равном 1 кг/с:
Sya = Aprp/G2; (9.17)
ApTp = SyaG2. (9.17а)
Размерность удельного гидравлического сопротивления Па • с2/(м • кг2) или 1/(м2-кг). По формулам (9.14) и (9 15а) значения 5у;1 в области квадратичного закона сопротивления определяются только внутренним диаметром и шероховатое! ью труб, а также плотностью жидкости, а именно:
с 0,2026
рС 1g - ~ BJL
(9.18)
2 ’
(9.18а)
\ / то же в соответствии с приближенной формулой (9.15):
_ 0,08916ещ 25
УД “ Pd^5
Исследования по I идравлическому сопротивлению стальных труб с естественной шероховатостью, проведенные Кольбруком и Уайтом, Г. А. Муриным и Ф. А. Шевелевым, показали, что в областях гидравлически гладких труб и квадратичного закона сопротивления для стальных труб в целом сохраняются те же закономерности, чго и для труб с искусственной шероховатостью.
Вместе с тем между этими двумя областями имеется промежуточная область, в пределах которой коэффициент гидравлического трения Х.тр зависит как от числа Re, так и от параметра шероховатости £ш. Для стальных труб с естественной шероховатостью, начиная с определенного числа Renp, значения коэффициента трения Хтр, по-прежнему превышающие соответствующие гидравлически гладким трубам при том же числе Re, непрерывно снижаются, асимптотически приближаясь к соответствующим квадратичному закону сопротивления
Наличие общих закономерностей для любых шероховатых труб, в том числ’е стальных, позволяет базировать их гидравлические расчеты на специальном параметре, называемом эквивалентной шероховатостью еэкв. Под эквивалентной шероховатостью подразумевается шероховатость стальных, а также других шероховатых тр>б, соответствующая значению Х.тр по формуле (9.13а) для труб того же диаметра с искусственной шероховатостью в области квадратичного закона сопротивления. Значения такой шероховатости для любых груб определенного внутреннего диаметра dw могут быть подсчитаны исходя из замеренных в области квадратичного закона сопротивления удельных перепадов давления в трубах Дртр при известных значениях массового расхода GB и плотности рв. При этом, вводя параметр относительной эквивалентной шероховатости Еэкв = ^экв/^вн и используя формулы (9.7а), (9.13а), получаем
X,„ = = ----------------
,р G2B / 3,715 У
2 1g------1
\ ^экв /
Отсюда ] „
eJKB = еэкв6?вн = 3,715dBH-10 2/хтр =
_ °’45Gb
= 3,715JBH • 10~ (РдРтр)°'5 rfBH25. (9.20)
Полученные значения эквивалентной шероховатости стальных труб по порядку близки к усредненным фактическим значениям шероховатости, но могут несколько превышать их (примерно на 30 % по данным [114]). Надежность и точность полученных при этом значений еэкв могут быть обеспечены только при гидравлических испытаниях труб в лабораторных условиях.
Г идравлические испытания отдельных участков трубопроводов тепловых сетей, находящихся в эксплуатации, не могут обеспечить высокой точности измерений. Кроме юго, полученные таким путем значения удельных перепадов давления Дртр отражают влияние множества факторов помимо собственно шероховатости труб, а именно отклонений от области квадратичного закона сопротивления, наличия местных сопротивлений в пределах испытанных участков, засорения труб и т. д.
В трубопроводах горячего водоснабжения от тепловых пунктов при закрытой системен отсутствии необходимой обработки подогреваемой воды возможно также образование на внутренней поверхности труб плотных отложений солей. Такие отложения приводят не к увеличению шероховатости груб, а к сокращению их поперечного сечения в свету и к увеличению перепадов давления на трение. Такое сокращение согласно нормам [19] подлежит учету в гидравлических расчетах трубопроводов горячего водоснабжения, для которых в этих нормах приведена специальная номограмма.
Согласно приведенным в [109, 114] данным эквивалентная шероховатость стальных труб еэкв, м, находится в следующих интервалах:
для новых чистых: бес-
шовных труб . . . .0,00001—0,00002 сварных труб.............. 0,00003 — 0,00010
оцинкованных труб . . . 0,0001—0,0002
для бесшовных и сварных труб с незначительной коррозией после нескольких
лет эксплуатации .... 0,0001—0,0003 то же для оцинкованных
Труб ..................... 0,0004 - 0,0007
для бесшовных и сварных труб:
при умеренной коррозии 0,0003 — 0,0007 после длительной эксплуа-
тации .................. 0,0008 — 0,0015
при сильной коррозии 0,002 — 0,004
По нормам [22] в гидравлических расчетах рекомендуется принимать еэкв = 0,0005 м для всех водяных тепловых сетей, кроме сетей горячего водоснабжения, для которых это значение увеличено до еэкв = 0,001 м. Исходя из этих указаний, в дальнейшем значение еэкв = 0,0005 м принято в качестве нормированного. Соответствующие значения относительной шероховатости составляют
еноРм = 0,0005 ____1_
экв dBH 2000JBH
(9-21)
При подстановке нормированного значения относительной шероховатости е"кВрм приведенная выше формула (9.13а) для коэффициента гидравлического трения Хтр в области квадратичного закона сопротивления принимает следующий вид:
л норм______________(__________ _________1_______
тр ~ (7,742 + 2 1g 4,н)2 ’(2 1g 74304?вн)2 '
(9.22)
Расчеты по формуле (9.22) показывают, что при переходе от минимального внутреннего диаметра трубы dBH — 0,026 м к максимальному dBti = 1,40 м соответствующие нормированной эквивалентной шероховатости е“°Рм = 0,0005 м значения Х.“ррм снижаются с 0,0478 до 0,0155. В соответствии с формулами (9.7а) и (9.22) для перепада давления на трение в области квадратичного закона сопротивления Дртр при нормированной шероховатости е“к£м — 0,0005 м для труб водяных тепловых сетей получаем выражение
м;рм - ,,Оп°7дХ и- <9-23»
Рв^вн (1g 7430dBH)
Соответствующая формула для определения массового расхода воды такова:
GB = 2,221 (рвДр?ррМ)°'5^н (3,87 + 1g dBH). (9.24)
Использование приближенной формулы (9.15) взамен точной (9.13а) приводит к следующим выражениям:
д_норм _ .9’.Ql333(Zg_. (9 25)
Ртр Рв^вн25 ’ ( }
GB = 8,661 (рв Др”ррм)0,5 d2*25. (9.25а)
При значениях диаметров труб dBH менее 0,17 м применение приближенных формул (9.25) и (9.25а) из-за неточности исходной формулы (9.15) связано с существенными погрешностями, а потому не рекомендуется.
Формула (9.18) для удельного гидравлического сопротивления 5уд при подстановке значения е“°врм = 0,0005 м принимает вид
лнорм_________0,2026_______
уд ~ Рв^н (Ig 743(МВН)2 ’
(9.26)
Приближенная формула (9.16) для определения внутреннего диаметра трубы dBli по известным значениям GB, Дртр и рв при нормированной шероховатости е“°рм = = 0,0005 м упрощается следующим образом:
0,439GB381
(9.27)
^ВН (рвЛр^рм)0'1905 '
При отклонениях принятого эквивалентной шероховатости от ванного ев°врм = 0,0005 м в области квадра
значения
нормиро-
тичного закона сопротивления возможно использование поправочного коэффициента Р*в, вводимого прежде всего на значения А.вррм коэффициента гидравлического трения. Для такого поправочного коэффициента в соответствии с формулами (9.13а) и (9.22) получается выражение
QKB ^тр ( 1g 7430^вн
" ^рм 3,715JB„ еЭ1Св
(9.28)
Если же при этом исходить из приближенной формулы (9.15), то соответственно имеем
фг=6.687'»5- е>.28а)
Таким образом, значения (3*ь по приближенной формуле (9.28а) определяются только эквивалентной шероховатостью еэкв и не зависят от диаметра трубы, в то время как по более точной формуле (9 28) такая зависимость имеется. Расчеты показывают, что значения р*в по формуле (9.28а) близко соответствуют более точным по формуле (9.28) при диаметрах труб dBH — 0,2 4-0,4 м, если эти значения меньше единицы, и при диаметрах труб dBII = 0,4 -г 0,8 м, если значения (3[в больше единицы. Такие результаты позволяют обойтись сокращенной табл. 9.5, в которой для нескольких близких значений внутренних диаметров труб приведены единые значения поправочно! о коэффициента (3[в по формуле (9.28).
В табл. 9.5 включены общие для всех диаметров труб значения р*в по приближенной форму ie (9.28а). Охваченные табл. 9.5 значения эквивалентной шероховатости еэкв находятся в интервале 0,0001—0,003 м.
Приведенные в справочных пособиях [105] таблицы значений коэффициента гидравлического трения Х.гр или поправочного коэффициента р*в для труб различных диаметров, соответствующие значениям е,кв до 0,007 м, а при диаметрах труб более 0,125 м даже езкв = 0,050 м по формуле (9.20), лишены всякого обоснования. Если при обработке результатов гидравлических испытаний по участкам тепловых сетей по формуле (9.20) иногда получаются значения е1кв, превышающие 0,003 — 0,004 м, а при
Таблица 9.5. Поправочные коэффициенты р*в к значениям коэффициента трения Х“°рм при нормированной шероховатости труб £^°рм = 0,0005 м в области квадратичного закона сопротивления
Значения эквивалентной шероховатости труб ^ЭКВ’ м Внутренние диаметры труб <7ВН. м, по формуле (9 28) в интервалах Значения по приближенной форму-ле (9 28а) для всех диаметров труб
0,026 — 0,034 0,039 — 0,051 0,070 — 0,083 0,loo-о. 126 0,150 — 0,184 0,207 — 0,263 0,309-0,367 0.408 — 0,706 0,796 — 1.400
0,0001 0,59 0,61 0,63 0,64 0,66 0,68 0,69 0,70 0,71 0,669
0,0002 0,73 0,75 0,76 0,77 0,78 0,79 0,80 0,81 0,82 0,795
0,0003 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,88 0,89 0,89 0,890
0,0004 0,92 0,93 0,93 0,94 0,94 0,94 0,94 0.95 0,95 0,946
0,0005 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0,0006 1,07 1,07 1,06 1,06 1,05 1,05 1,05 1,05 1,04 1,047
0,0008 1,20 1,18 1,17 1,16 1,15 1,14 1,13 1,12 1,11 1,125
0,0010 1,32 1,29 1,27 1,25 1,23 1,22 1.21 1,19 1,17 1,189
0,0012 — 1,39 1,35 1,33 1,30 1,28 1,27 1,25 1,23 1,244
0,0014 — 1,48 1,43 1,39 1,37 1,35 1,33 1,30 1,28 1,293
0,0018 — — 1,57 1,53 1,49 1,46 1,43 1,40 1,37 1,378
0,0022 — — 1,71 1,65 1,60 1,56 1,53 1,49 1,44 1,447
0,0026 — — 1.81 1,76 1,70 1,65 1,61 1,56 1,51 1,510
0,0030 — — — 1,86 1,79 1,74 1,69 1,63 1,58 1,565
диаметрах труб до 0,05 м — превышающие O.OOI 0,002 м, то это свидетельствует не о наличии соответствующей шероховатости, .1 о неучтенном влиянии других факторов. Исходя из этого в табл. 9.5 не включены падения Р)кВ, соответствующие значениям еэкв bo юс 0,0010 м при внутренних диаметрах ।pv6 до 0,034 м, а также значениях более 0.0015 м при диаметрах 0.039 — 0,051 м.
Наиболее сложными являются гидравлические расчеты стальных трубопроводов в попасти, переходной между соответствующей 1 идравличсски гладким трубам и квадра-iидиому закону сопротивления. При обра-OoiKc экспериментальных данных в переходной области за основу принимаются выводы из теории турбулентного течения, рв |работанной Прандтлем и уточненной применительно к переходной области А Д. Альтшулем [114], согласно которым дня характеристики зависимости А.тр в этой области от параметров Re и еш используется соотношение
1 = A 1g Re |Aip 4- В 1g 1 + С. (9.29) |/A.ip b"i
При этом коэффициенты А, В и С подбираются таким образом, чтобы по мере снижения параметра еш результаты расчетов но формуле (9.29) асимптотически приближались к таковым по формуле Прандтля дня 1 идравлически гладких труб, а по мере возрастания этого параметра они также асимптотически приближались к соответствующей формуле (9.13) для области квадратичного закона сопротивления. Из таких формул наиболее удачной оказалась следующая, предложенная Кольбруком и получившая теоретическое обоснование в работах А. Д. Альтшуля:
1 - = - 21g f (9.29а)
[А)р \Re|/xTp 3,7/
Для определения значений коэффициента А.гр по известным параметрам Re и А.1р, пользуясь формулой (9.29а), следует применять способ последовательных приближений. В связи с неудобством такою способа А. Д. Альтшулем предложена приближенная формула, позволяющая непосредственно определять значения Х1р:
/ Ко\0 2 5
Х1р = о,11 е1КВ + —- . (9.30)
При малых значениях £экв формула (9.30) асимптотически переходит в формулу (9.10) для гидравлически гладких труб, а при больших значениях Re — в приближенную формулу (9.15) для области квадратичного закона
сопротивления. Эти особенности формулы (9.30) несколько ограничивают область ее применения, поскольку приближенная формула (9.15) приводит к результатам, близким к точной формуле (9.13а), лишь в интервале значений еш = 0,0004д-0,0030, которому при нормированной эквивалентной шероховатости е"квМ = 0,0005 м соответствуют внутренние диаметры труб в пределах 0,17— 1,25 м.
При значениях е(кв, превышающих 0,003, формула (9.30), как и формула (9.15), приводит к существенно заниженным значениям коэффициента лгр и потому в этой области следует пользоваться более точной формулой (9.29а). При значениях е,кв, превышающих 0,033, все эти формулы становятся н еп р им ен им ы м и.
Для гидравлических расчетов трубопроводов в переходной об тает и существенным является определение траничных значений параметров Re и ejkb, при которых эта область должна стыковаться, с одной стороны, с областью । идравлически гладких труб, а с другой — с областью квадратичною закона сопротивления Поскольку структура приведенных выше формул для переходной области основана на асимптотическом переходе к соответствующим формулам для значений Х.тр в соседних областях, более правильно вместо переходных значений Re и еш рассматривать переходные зоны между областями, в пределах которых определение значений А.гр по формулам для двух соседних областей приводит к примерно одинаковым результатам. Практически в этих зонах можно выделить предельные значения параметров Re и ejkb, если задаться относительным расхождением значений Хтр, подсчитанных по формулам для двух соседних областей. Так, например, границу между областями гидравлически гладких труб и переходной можно определить как соответствующую заданной величине отношения
^рРА?р= 1 + Аггр- (9.31)
Здесь Х."рр и Х.'гр — значения А.гр, подсчитанные по формулам соответственно для переходной области и гидравлически гладких труб при одних и тех же значениях Re и еэкв, а Д'гр — относительная погрешность, допускаемая в расчетах по определению значений А.тр. Аналогично граничные значения параметров Re и е)КВ между переходной областью и областью квадратичного закона сопротивления можно охарактеризовать соотношением
Ч’РА"р = 1 + А?р- (9.31а)
Для обеспечения некоторого запаса в расчетах значения Д[р и Д[р целесообразно
5 Водяные геи ювые сети
129
принимать положительными и находящимися в интервале 0,01—0,02. Пользуясь соотношениями (9.31) и приближенной формулой (9.30), можно получить формулу для подсчета значений произведения параметров Re и еэкв, соответствующих границе между об частями гидравлически гладких груб и переходной:
- 68 [(1 4- Аггр)4 - I] (9 32)
Для 1раницы между переходной областью и областью квадратично)о закона сопротивления тем же способом получаем
=------------- (9.32а)
vnep экн (1 4 дкв)4 _ J
В формупах (9.32) фшурирует произведение параметров Re и е1КВ, которое можно рассматривать как комплексный параметр
ReC,KB = (9.33)
v
Если принять для коэффициентов А'гр и А,р одно и то же значение 0.02, чо получим RenepSjKB = 5,60 и Re™pEn*P = 824.
В нормах [22] рекомендуется определять значения лтр по формулам (9 13а) в области квадратичною закона сопротивления и (9.29а) в переходной области, причем дня последней допускается также применение приб тиженной формулы (9.30).
В качестве граничного между этими двумя областями оюворено значение параметра RenepE^P = 560, примерно соответствующее формуле (9.32а) при А™ = 0,03. Использование формул для гидравлически гладких труб нормами [22] не предусматривается. Для границы между областями гидравлически гладких труб и переходной А Д. Альтшулем [114] рекомендуется значение Renep£niKB ~ Ю, что примерно соответствует значению А[р = 0,033.
Анализ формулы (9.33) показывает, что скорость воды wB, соответствующая заданному значению параметра ReE)KB, не зависит от диаметра грубы и определяется только ее эквивалентной шероховатостью и вязкостью воды, а именно:
— ReE)KBvB ^еэкв (9.34)
В частности, для граничного значения Renepe3KB = 824, соответствующего переходу в квадратичную область сопротивления, полученные по формуле (9.34) граничные значения скорости воды ивр при е'7кВм =0,0005 м составляют 0,48 м/с при температуре воды 100 °C и 1,32 м/с при 30 °C. Такие скорости являются обычными в водяных тепловых сетях, и потому значительная часть гидрав-лических режимов этих сетей соответствует переходной области. Остальные режимы се-
тей попадают в область квадратичного закона сопротивления. Значения Re„“p, соответствующие параметру R е^е"^ = 824 при К* * HGDM
эквивалентной шероховатости езкв = = 0,0005 м, могут быть подсчитаны по формуле
(RenKap)HOpM = i,65-104H. (9.34а)
Большой обьем и сложность г идравлн-ческих расчетов по точным формулам, требующих применения способа последовательных приближений, оправдывают разработку подробных таблиц, позволяющих облегчить эти расчеты и использовать такие таблицы дтя решения основных задач гидравлическою расчета определения значений Артр по заданным значениям GB и dBH и определения значений Gu по заданным значениям Артр и йви
Что касается третьей задачи, а именно определения необходимо) о диаметра трубы dB„ по известным значениям GB и Дртр, то для ее решения требуется, как правило, привлечение технико-экономических соображений.
Согласно нормам [22] при проектировании тепловых сетей удельные перепады давления на трение Аргр должны выбираться на основе технико-экономических расчетов, так как при заданных расчетных расходах воды для каждою участка сетей в принципе может быть выбрано несколько диаметров труб, соответствующих разным удельным перепадам давления на трение Артр в пределах данного участка. В практике проектирования выбор оптимального варианта осуществляется сравнением нескольких вариантов, различающихся принятыми диаметрами труб, тес повторением гидрав-лическою расчета Поэтому составление детальных таблиц значений Аргр для всех диаметров труб по их сортаменту (см. табл. 9.3) позволяет сокра) ить объем технико-экономических расчетов Детальные таблицы для гидравлического расчета водяных тепловых сетей по формулам (9 22) для значений А.тр в области квадратично) о закона сопротивления и (9.29а) для переходной области применительно к нормированной эквивалентной шероховатости = 0,0005 м и принятой за базовую температуре воды £ваз = = 100 °C составлены ГЭП и в значительной части воспроизведены в табл. 9.6.
В целях сокращения объема табл. 9.6 область охваченных в ней значений Аргр ограничена интервалом примерно от 5 до 500 Па/м. Для предварительной оценки подлежащих рассмотрению при расчетах диаметров труб в табл. 9.7 приведены значения массовых расходов воды GB (про-
пп
I a 6 л и на 9.6. Удельные перепады давления A/’ip< Па/м, в стальных трубах внутренних дияме1ров по табл. 9.3 при нормированной шероховатости — 0,0005 м и различных массовых расходах воды с температурой 100 °C
Массовые расходы Условный проход Труб Dy, ММ
25 32 40 50
коды GB. Внутренний диаметр груб dau м
0,026 0,028 0.032 0,034 0.039 0,041 0,051
0.05 7,94 5,44 — — — — —
0.06 11,3 7,73 — — — — —
0,07 15.2 10,4 5.26 3.97 - — -
0.08 19.8 13.5 6,81 5,00 — — -
0,09 24,9 17,0 8,55 6,27 — — —
0,10 30,6 20,8 10,5 7.69 - — —
0,12 43,7 29,8 15,0 10,9 5.42 4,20 —
0,14 59,1 40,3 20,2 14,8 7,30 5,65 —
0.16 77,0 52,4 26,2 19,2 9.46 7,32 —
0.18 110 66.0 33.1 24,2 11,9 9,20 —
0,20 136 91,5 40,7 29,7 14,6 11,3 —
0,22 165 111 49.0 36,8 17,6 13,6 —
0,24 196 132 58,2 42,6 20,9 16,1 5,25
0.26 230 155 75,5 49,8 24,4 18,9 6,13
0.28 267 179 87,5 57,6 28,3 21,8 7,08
(». 10 307 206 100 72.6 32.4 25,0 8,09
0.12 349 234 114 82,6 36,8 28,4 9,18
0,14 394 264 129 93,2 41.4 32,0 10,3
0.16 442 296 145 105 46,3 35.8 11,6
0.18 492 330 161 116 55,8 39,8 12,8
0,40 545 366 179 129 61.8 44,0 14,2
0.45 — 463 226 163 78,3 59,9 17,9
0.50 — 572 279 202 96,7 74,0 22,0
0.55 — — 338 244 117 89,5 26,5
0,60 — — 402 390 139 107 31,5
0.65 — — — — 163 125 39,0
0.70 — — -*• — 190 145 45,2
0,75 — — — — 218 166 51,8
0,80 — — — — 247 189 59,0
0.85 — — — — 279 214 66,6
0,90 — — — 313 240 74,7
0,95 — — — — 349 267 83,2
1,0 — — — — 387 296 92.2
1,2 — — — — 557 426 133
1,4 — — — — - — 181
1,6 — — — — — — 236
1,8 — — — — — — 299
2,0 — — — — — — 369
2,2 — — — — — — 446
2,4 - — — — — — 531
1 а блица 9.6а Удельные перепады давления ргр, Па/м, в стальных трубах внутренних диаметров по табл. 9.3 при нормированной шероховатости <^°рм = 0,0005 м и различных массовых расходах воды с температурой
100 °C
Мас-совые рас- Усювный проход труб мм
2°J 100 125 150 | 175
ходы Внутренний диаметр труб rfBH, м
GB.Ki/c олго 0.08? 0.100 0,125 0.150 0,184
0.50 4,29 — — — — —
0,60 6,12 — — - — —
0,70 8,27 — — — —
0.80 10,7 — — — — —
0,90 1 5 — — — —
1,0 16,7 7,35 — — — —
1,2 23,9 10,5 — — — —
1,4 33,4 14.2 5.09 — — —
1.6 43,7 18,5 6,61 — — —
1,8 55,3 23,8 8,33 — — —
2,0 68,2 29,4 10,3 — — —
2,2 82,6 35,6 12,4 — — —
2.4 98,3 42,4 14,7 — —
2.6 115 49.7 17,3 5.40 — —
2,8 134 57,7 20,1 6,25 — —
3,0 154 66.2 23,1 7,16 — —
3,2 175 75,3 26,3 8.13 — —
3,4 197 85,0 29,7 9,16 — —
3,6 221 95,3 33,3 10,2 — —
3,8 246 106 37.1 11,4 — —
4.0 273 118 41,1 12,6 4,90 —
5 426 184 64,1 19,7 7,60 —
6 614 265 92,4 28,3 10.8 -
7 — 360 126 38.6 14,7 5,11
8 — 470 164 50,4 19,2 6,64
9 — — 208 63,7 24,3 8,26
10 — — 257 78,7 30,0 10,2
12 — — 369 113 43,2 14,7
14 — — 503 154 58,8 20,0
16 — — — 201 76,8 26.1
18 — — — 255 97,2 33,0
20 — — — 315 120 40,8
22 — — — 381 145 49,4
24 — — — 453 173 58,7
26 — — — 532 203 68.9
28 — — — — 235 80.0
30 — — — — 270 91,8
32 — — — 307 104
34 — — — — 347 118
36 — — -- — .389 132
38 — — — — 433 147
40 — — — — 480 163
45 — — — — — 207
50 — — — — 255
55 — — — — — 308
60 — — — — — 367
65 — - — — — 431
70 — - — — — 500
131
Таблица 9.66. Удельные перепады давления Др1р, Па/м, в стальных трубах внутренних диаметров по табл. 9.3 при нормированной шероховатости = 0,0005 м и различных массовых расходах воды с температурой 100 °C
M.IC-совые рас- Условный проход ipyo D,. мм
200 250 4)0
ХОДЫ Внутренний диаметр ipyG </Н(). X!
GB. кг с 0,207 0.21 1 0.259 О.26Т 0.309 0,315
10 5,60 5,07 — - — —
12 7,89 7,13 - - -- - —
14 10,7 9,71 — - — —
16 14,0 12,7 4.41 4.08 — —
18 17,8 16.0 5.45 5.03 — —
20 21,9 19,8 6.73 6.21 — —
22 26.5 24,0 8,14 7.51 —
24 31,6 28,5 9.69 8.95 — —
26 37,0 33,5 11.4 10.5 — —
28 43,0 38,8 13,2 12.2 — —
30 49,3 44,6 15.1 14,0 5,98 5.41
35 67,1 60,7 20.6 19,0 8.14 7,36
40 87,7 79,3 26.9 24,8 10.6 9,6!
45 1 11 100 34.1 31.4 13,5 12.2
50 137 124 42.1 38.8 16,6 15,0
55 166 150 50,9 46,9 20,1 18.2
60 197 178 60,6 55,9 23.9 21,6
65 231 209 71.1 65,6 28,1 25,4
70 268 243 82.4 76.0 32,6 29.4
75 308 279 94.6 87.3 37,4 33.8
80 351 317 108 99.3 42.5 38,4
90 444 401 136 126 53.8 48.7
100 548 495 168 155 66.5 60.1
1 10 — — 204 188 80,4 72.7
120 — — 242 223 95.7 86,5
130 — — 284 262 112 102
140 — — 330 304 130 118
150 — — 379 349 150 135
160 — — 431 397 170 154
170 — — 486 449 192 174
180 — — 545 502 215 194
190 — — — — 240 217
200 - — — — 266 240
210 — — — - 293 265
220 — — 322 291
230 — — — — 35"> 318
240 — — — - 383 346
250 — — — — 415 375
260 — — — - 449 406
270 — — — — 4X4 4.38
280 — — - 521 471
Т а б л и ц а 9.6в. Удельные перепады давления Дртр, Па/м, в стальных трубах внутренних диаметров по табл. 9.3 при нормированной шероховатости = 0,0005 м и различных массовых расходах воды с температурой 100 °C
Массовые рас- Условный проход труб Dv мм
350 | 400 500
ходы Внутренний диаметр труб </вн, м
GB. кг с 0,359 0.367 0.408 0,414 0,512 0.518
40 4.83 4.31 _ — — —
50 7,55 6.73 — — —
60 10,9 9,69 5.56 5,14 — —
70 14.8 13.2 7,56 7,00 _ —
80 19,3 17,2 9.80 9,15 — -
90 24.5 21.8 12.5 Ц,6 — —
100 30,2 26,9 15,3 14,3 — —
1 10 36,6 32.6 18,6 17,3 — —
120 43,5 38.8 22,2 20.6 — —
130 51,1 45,5 26,0 24,2 — —
140 59,2 52.7 30,2 28,0 — —
150 68,0 60.6 34,7 32,2 10.6 9,93
160 77,4 68,9 39,5 36,6 12,0 11,3
170 87,3 77,8 44.6 41,3 13.6 12,6
180 97,9 87.2 50,0 46,3 15,2 14,3
190 109 97.2 55,7 51,6 16,9 15.9
200 121 108 61,7 57,2 18,8 17,6
220 146 130 74,7 69,9 22,7 21,4
240 174 155 88,9 82,3 27,0 25,4
260 204 182 104 96,6 31,7 29,8
280 237 211 121 112 36.8 34,6
300 272 242 139 129 42,2 39,7
320 309 276 158 146 48,0 45,2
340 349 3 11 178 165 54,2 51,0
360 392 349 200 185 60,7 57,2
380 436 389 223 206 67,7 63,7
400 483 431 247 229 75,0 70.6
450 612 545 313 289 95,0 89,3
500 — — 386 357 117 110
550 — — 467 432 142 133
600 — — 556 515 169 159
650 — — — — 198 189
700 — — — - 230 216
750 — 264 248
800 300 282
850 — — — — 330 319
900 380 357
950 — — 423 398
I п ь и и iia 9.6i Удельные перепады давления
I la/м, внутренних диаметров по табл. 9.3 при нормированной шероховатости = - 0,0005 м и различных массовых расходах воды с температурой 100 °C
М.к Ус говный проход труб P, м M
1 оНЫС рис- 600 700 800
\<мы Buy |реннпй диаметр труб </(i)). M
-П •'! 0,610 0,618 0,698 0.706 0,796 0.806
?00 7,49 7,00 — — - —
’М) 1 I.S 10,9 5.78 5.45 - —
UN) 16.9 15.7 8.32 7.84 — -
ISO 22,9 21,4 11,3 10,7 5.70 5,34
400 30,0 28,0 14,9 13,9 7,44 6.97
4 SO 37,9 35,4 18,7 17,6 9,42 8,42
SOO 46,8 43,7 23,1 21,8 11,6 10,9
S50 56,7 52,9 28.0 26,4 14,1 13,2
600 67,4 63,0 33,0 31,4 16,7 15,7
OSO 79,1 73.0 39,0 36,8 19.7 18,4
700 91,8 85,7 45,3 42,7 22,8 21,4
7 SO 105 98,4 52,0 49,0 26,2 24.5
SOO 120 112 59,2 55.8 29,8 27,5
sso 135 126 66,8 63.0 33,6 31.5
moo LSI 142 74,9 70.6 37.7 35,3
oso 169 158 83,5 79,7 42.0 39,3
1000 184 175 92,5 87,1 46,5 43,6
1100 227 212 112 105 56.3 52,7
1200 270 252 133 125 67,0 62,8
1 UK) 317 296 156 147 78.6 73,6
1400 367 343 181 171 91,2 85,4
isoo 421 394 208 196 105 98,0
1600 480 449 237 223 119 112
1700 541 506 267 252 134 126
1X00 - - 300 282 150 141
1900 — - 334 315 168 157
2000 — - 370 349 18b 174
2200 — - 448 427 225 211
2400 — - 532 501 268 251
2600 — — — — 314 295
2X00 — — - — 365 342
WOO — — — — 415 392
1200 — - - - 476 446
1400 - - - - 538 504
Таблица 9.6д. Удельные перепады давления Д/?гр. Па/м, в стальных трубах внутренних диаметров по табл. 9.3 при нормированной шерохова i ости — 0,0005 м и различных массовых расходах воды с температурой 100 С
Массовые рас- Ус ювный проход труб Dy. мм
900 1000 1200 1400
ХОДЫ Внут рении? 1иамегр груб г/вн. IV
G’B, кг с 0.892 0.904 0.990 1.004 1.188 1,202 1,388 1.400
500 6,41 5,98 — — — — — —
600 9,23 8,61 5.36 4,98 — — — —
700 12,6 1 1,7 7,29 6,77 - — —
800 16,4 15,3 9,52 8.85 — — — —
900 20.8 19,4 12,0 11,2 — — — —
1000 25.6 23,9 14,9 13,8 5,74 5,40 — —
1200 36,9 34,4 21,4 19,9 8,27 7,78 — —
1400 50,3 46,9 29,2 27.1 11.3 10,6 5.00 4,78
1600 65,7 61,2 38,1 35,4 14,7 13.8 6,53 6,24
1800 Х3.1 77,5 48.2 44,8 18.6 17.5 8,26 7,90
2000 103 95,7 59,5 55,3 23,0 21,1 10.2 9,75
2200 124 116 72,0 66,9 27.8 26,1 12,3 11,8
2400 148 138 85.7 79,6 33,1 31,1 14,7 14,0
2600 173 162 101 93,4 38.8 36,5 17,2 16,5
2800 201 188 117 108 45,0 42,3 20,0 19,1
3000 231 215 134 124 51,7 48,6 22,9 21,9
3200 263 245 152 142 58.8 55,3 26,1 25,0
3400 296 276 172 160 66,4 62,4 29,5 28,2
3600 332 310 193 179 74,4 70.0 33,0 31.6
3800 370 345 215 200 82,9 78,0 36,8 35,2
4000 410 383 238 221 91,8 86,4 40,8 39,0
4500 519 484 301 280 1 16 109 51.6 49,3
5000 - — 372 346 144 135 63,7 60,9
5500 — — 450 418 174 163 77,1 73,7
6000 — — 536 498 207 194 91,8 87,7
6500 - — — - 243 220 108 103
7000 — — — — 281 265 125 119
7 S00 — — — - 323 304 143 137
8000 — — — - 367 346 163 156
8500 — — — — 415 390 184 176
9000 — — — — 465 437 206 197
9500 — — — — 518 487 230 220
10 000 - - — — 574 S40 255 244
11 000 — — — — — — 308 295
12 000 — — — -- — — 367 351
13 000 — — — — — 431 412
14000 — — — - — - 499 478
133
Таблица 9.7 Массовые расходы воды с температурой 100 °C в стальных трубах различных внутренних диаметров по табл. 9.3 при нормированной шероховатости ^орм _ 0,0005 м и уделЬНыХ перепадах давления на трение Дртр = 50, 100, 150 и 200 Па/м
Внутренние диаметры труб </в„, м Удельные перепады давления на трение Адтр, Па/м Внутренние диаметры труб 4н- м Удельные перепады давления на трение Дргр, Па м
50 100 150 200 50 100 150 200
0,026 0,13 0,17 0,21 0,24 0,408 180 255 312 360
0,028 0,16 0,21 0,26 0,30 0,414 187 265 324 374
0,032 0,22 0,30 0,37 0,42 0,512 326 460 565 653
0,034 0,26 0,35 0.43 0,50 0,518 336 477 583 672
0,039 0,37 0,51 0,62 0,72 0,610 518 730 895 1035
0,041 0.42 0,58 0,73 0,82 0,618 534 756 926 1075
0,051 0,75 1,04 1,28 1,47 0,698 735 1040 1270 1470
0,070 1,70 2,42 2,96 3.41 0.706 754 1070 1315 1530
0,082 2.60 3,65 4.50 5,20 0,796 1030 1460 1800 2075
0,100 4.40 6,25 7,65 8,82 0,806 1070 1510 1850 2140
0.125 7,95 11,2 13,8 16,0 0,892 1390 1975 2415 2790
0,150 13,0 18,3 22,4 25,8 0,904 1440 2050 2500 2890
0.184 22,2 31,3 38,2 44,2 0,990 1840 2590 3175 3680
0,207 30,3 42,8 52,3 60,5 1,004 1900 2690 3290 3800
0,211 32.0 45.0 55,0 63,6 1,188 2950 4175 5100 5900
0,259 54,5 77,0 94,5 109 1,202 3040 4300 5275 6100
0,263 56,5 80,0 98,2 114 1,388 4420 6280 7670 8860
0,309 86,5 123 150 177 1,400 4530 6400 7840 9060
0,315 91.7 129 158 185
0,359 128 182 223 257
0,367 136 192 236 273
параметра Re еэкв. Таким образом получаем
пускной способности) для труб всех диаметров по табл. 9.3, соответствующие характерным значениям удельного перепада давления на трение в них, а именно Дртр = = 50, 100, 150 и 200 Па/м.
Таблица 9.7 может быть использована для ориентировочной оценки диаметров труб при различных технико-экономических проработках.
Поскольку в основу составления
табл. 9.6 и 9.7 положены значения нормированной шероховатости труб =0,0005 м и температуры воды rBaj = 100 °C, возникает надобность в поправочных коэффициентах для пересчета табличных значений Артр на другие значения еэкв. Такой пересчет более просто осуществляется в области квадратичного закона сопротивления, для чего в соответствии с формулой (9.28) следует использовать соотношение
Т , пбаз
а пкв _ Л таол А.тр рв___. табл л кв Рв
^Ртр “ &Ртр ^~нор\Г ~~
^гр Рв Рв
(9-35)
Значения р£в в формуле (9.35) заимствуются из табл. 9.5. Более сложным является пересчет табличных значений Лр"рр в переходной области, который может бьиь выполнен исходя из формулы (9.3а) для скорости воды wB, приближенной формулы (9.30) для значений в переходной попасти и выражения (9 33) для комплексного
Х"рр = 0,11
Если в формулу (9.36) подставить при тех же диаметрах груб dm и массовых расходах воды GB нормированные значения е"квМ’ 10 она приме! следующий вид
?4Р61 = о,п
еУ ( _68v^( Y
J 1 1 + норм ]
WBH \ в с жв /.
0.25
• (9.36а)
Здесь v6d3 = 0,294 • 10“ 6 м2/с — вязкость воды при 100 °C. Подставляя значения л"рР и Хтрол по формулам (9.36) вместо р£в в формулу (9.35), получаем
=лр?р6жр=<М7) Хтр Рв
9.3. Местные гидравлические потери
Расчет местных потерь энергии при течении воды в различных элементах трубопроводов тепловых сетей, кроме труб на прямолинейных участках, производится из допущения пропорциональности между этими потерями и кинетической энергией потока жидкости:
(9.38)
Здесь £,м — безразмерный коэффициент местного сопротивления. В отличие от аналшичной формулы (9.7) для прямолиней-
ных участков коэффициент непосредственно не связан ни с длиной, ни с поперечным сечением соответствующего элемента i рубопровода. Кроме тою, это сечение являемся переменным по длине элемента, в связи с чем необходимо уточнить, применительно к какой площади сечения должна бы । ь подсчитана средняя скорость и'ср в формуле (9.38).
С корость потока wcp следует определять применительно к конечному сечению участка |рубы длиной /вос, м, после которого ноишанавливается нормальное распределение i корост ей исходя из массового расхода жидкости G на этом участке по формуле (9 1и):
Дрм = 0,8106 (9.38а)
Р<4>
Здесь JBH — внутренний диаметр трубы на прямолинейном участке, следующем за данным элементом по ходу потока. Расход G жидкости на этом участке совпадает с 1ооте1ствующим для прямолинейного участки, предшествующего данному элементу, если и ci о пределах не происходит разветвления исходною потока или объединения нескольких noiоков в один. Значения коэффициента '.м. как и длины участка восстановления /вос, 11И1ИСЯ1 ие только от конфигурации и кон-» ! рукции тлемента данного типа, но и от 'нн ini Re. Последняя зависимость заметна ioti.ko при малых числах Re, примерно до |()(ММ) [114]. Соответственно для длины участка восстановления можно во всех 4 !учаях принимать значения (30 ч-40)dBH.
большие значения коэффициента наблюдаются при резких изменениях поперечною сечения потока в результате стыкования млжду собой труб различных внутренних iniiMcrpoB. Однако переход от одного 'UHiMCipa трубопровода к другому осущест-ИЧЯС1СЯ посредством конических патрубков, pm ширяющихся (диффузоры) или сужающих-t я (конфузоры) по ходу потока. В таких шучиях значения снижаются, и тем больше. чем меньше угол конуса. Изменение пннравления потока жидкости в трубе одного диаметра выполняется отводами, изготовляемыми либо гнутыми, либо сварными.
Потери энергии на трение в гнутых oiводах меньше, чем в сварных, при том же yi ле поворота и снижаются по мере увеличения отношения радиуса изгиба к диаметру изгибаемой трубы RtH/(/BH. Отводы 4 наименьшим соотношением RIH/tiBH — - I называются крутоизогнутыми. Для сварных отводов наибольшие значения коэффициента соответствуют таким, в которых огущеезвлен один крутой поворот (колено).
Например, при таком повороте на угол а = 90э = 0,85 ч- 1,3, а при других зна-
чениях а — соответственно £м = (0,85 ч- 1,3) х х (1 — cos а) [114].
Сварные отводы для труб больших диаметров свариваются из секций, в каждой из которых осуществляется поворот на половину или треть всею угла, тогда значения снижаются.
В тепловых сшях часто применяются П-образные компенсаторы, представляющие собой сочетание четырех отводов под углом 90° и небольших вставок труб между ними. Значения коэффициента £,м для П-образных компенсаторов меньше, чем сумма этих значений для четырех отводов под углом 90°, за счет того, что вихреобразование от одного отвода не успевает закончиться до поступления потока в следующий отвод [114].
Большие значения коэффициента £,м характерны для тройников, в которых осуществляется либо разделение, либо слияние двух потоков, обычно под углом 9(Г; наибольшие значения £м имеют место при слиянии двух потоков, движущихся навстречу друг другу с отводом смеси под углом 90°.
Малые значения с,м = 0,3 ч- 0,5 характерны ятя сальниковых компенсаторов, задвижек и клапанов с косым шпинделем, а наибольшие (£,м — 6ч-7)-для клапанов с вертикальным шпинделем и подъемных обратных клапанов. Значения коэффициента приведены в табл. 9.8.
Иногда в гидравлических расчетах трубопроводов с учетом местных сопротивлений вместо коэффициентов используются значения гак называемых эквивалентных длин труб для таких сопротивлений. Эти эквивалентные длины /JKB определяются исходя из сопоставления значений Артр/Экв п0 формуле (9.7) и Арм по формуле (9.38), а именно:
^Ер>ЧсРД. _ (9 39)
2«вн 2
Отсюда /экв = (9.39а)
А,Тр
Преимущеовом использования значений /экв для местных сопротивлений является некоторое упрощение расчетов по определению суммарного гидравлическою сопротивления участка трубопровода Ap^J с постоянным диаметром труб </вн, включая местные потери. Если исходить из формулы (9.38), то для такого суммарного гидравлического сопротивления получается выражение [см. формулы (9.6) и (9.7)]
Ар гр — Артр/уч 4- У, Арм —
135
Таблица 9.8. Значения коэффициентов местных сопротивлений £м для деталей трубопроводов, компенсаторов и арматуры
Характернотка местных сопротивлений Значения U Чм Характеристика местных сопротивлений Значения
Отводы Гнутые гладкие под углом 90° при: ^Гн/^ВН = 1 ^гнДвн = 3 ^гн^вн ~ 4 Гнутые со складками под углом 90 при: ^гн/^вн ’ 3 Ягн/<4н = 4 Сварные под углом 90 одношовные двухшовные трехшовные Сварные одношовные под yi-лом: 60° 40° 30“ го 0,5 0,3 0,8 0,5 0,85- 1,3 0,6 0,5 0,7 0,3 0,2 Тройники При разделении потоков: для прямого прохода для ответвления для прямого прохода при встречных потоках При слиянии потоков А р м а I у р а Задвижки Клапаны с косым шпинделем Клапаны с вертикальным шпинделем Обратные клапаны поворотные Обратные клапаны подъемные Сальниковые компенсаторы Грязевики 1,0 1,5 3.0 1,2-1,8 0,5 0,5 6 3 7 0,3 10
G2 pdL
(9.40)
При использовании эквивалентных длин местных сопротивлений соответственно имеем
Др^ = О,81О6^М\.,+£/эки) = Р^вн
= 0,8106 ± Ы (9.40а)
Р^ви
Здесь
₽М = (9.406)
/уЧ 'Чр'уч
Безразмерная величина [),, в формулах (9.40) называется коэффициентом местных потерь. Следует учесть, что при работе трубопроводов в переходной области такое упрощение приводит к noi решностям, так как в этом случае величина Хгр зависит от числа Re. Вместе с тем применение в расчет ах коэффициента рм по форму тм (9.40) может быть оправдано в тех случаях, koi да точная оценка местных сопротивлений исключается, поскольку для такой оценки необходимы рабочие монтажные схемы и детальные чертежи всех узлов трубопроводов Если такие данные отсутствуют, например при разработке схем теплоснабжения, то единственным способом учета местных сопротивле
ний является прикидочная оценка значения коэффициента местных пшерь рм. Для такой оценки следует использовать приведенные в нормах [22] значения ко тффициента рм для различных категорий сетей, условных проходов труб и типов применяемых компенсаторов. Эти значения, сведенные в табл. 9.9, составляют от 0.2 для тратитных сетей с сальниковыми компенсаторами до 1,0 для сетей с П-образными комнепсаюрами из сварных отводов при условном проходе труб D, 450 4- 1400 мм.
Таблица 9.9 Ориентировочные значения коэффициента местных потерь |\, для различных категорий водяных «силовых сетей, типов компенсаторов н условных проходов труб (по нормам |22])
Типы компенсап оров Условные проходы Jруб мм Транзитные сети Остальные категории сетей
Сальниковые До 400 — 0,3
450- 1400 0,2 0,4
П-образные с гну- До 150 — 0,3
тыми отводами 175-200 — 0,4
250-300 0,3 0,6
П-образные с кру- 175-250 — 0,6
тоизогнутыми или 300-350 0,5 0,8
сварными отвода- 400-500 0,7 0,9
ми 600-1400 1,0 1,0
9.4. Гидравлические режимы и пьезометрические графики
Помимо описанных в § 9.2 гидравлических расчетов водяных тепловых сетей при их проектировании приходится дополнительно производить расчеты по опредетению НП1ЧС1111Й давления воды в различных точках (с । ей и при разных режимах. Такие расчеты i ребую |ся для обоснованного выбора насо-1он, используемых для перекачки сетевой иолы. - циркуляционных, подпиточных, под-mi чикающих, смесительных и г. п. Кроме того, шипения давления воды являются исходными при ра {работке схем присоединения к сетям мп-1 пых систем теплоиспользования. Так, при давлениях ниже атмосферною неизбежны подсосы воздуха в сети и сис/емы чгрс। неплотности в них, что является не-'1ППУСГИМЫМ.
Определение давлений воды в различных I очках сетей базируется на уравнениях Бернулли для течения вязких жидкостей в зрубонроводах, см. формулу (9.4), а также уравнениях Дарси — Вейсбаха для перепадов /шипения на трение в трубопроводах, вклю-чпя местные потери, см. формулы (9.6), (9.7) и (9.40). Исходя из этих формул при определении суммарных перепадов давления пн |рение для совокупности последовательно соединенных участков из труб различных HiniMcipoB и разной протяженности получаем
Ар?Г =£(АРтР\ч + АРм) = = £Др,р/)Ч(1 +0М) =
= 0,810бУ-тг(С^ч)2/^(1 — М (9.41) / > Рв^вн
Значения Gy4, /у.„ dBH и лтр в эюй формуле должны приниматься отдельно по каждому учас/ку, в точных расчетах это относится Н1кже к значениям рм, определяемым по формуле (9.406). Однако в приближенных расчетах, производимых до разработки рабочих чертежей сетей, значения рм можно оценивать по табл. 9.9 в зависимости только oi общей характеристики данного участка Кроме того, можно пренебречь изменениями значений плотности воды рв в резулыа1е снижения ее температуры вдоль трассы се/ей, обусловленного их тепловыми потерями, и исходить из значений средней плотное in ноды, соответст вуюшей ее средней темпера i у-рс в данном трубопрово ie.
При наличии в теплоисточнике одной I руппы сетевых насосов развиваемый ими перепад давления должен быть ориет иронам на тот местный leiriOBofl пунк/, ц/я которого при расчетном режиме окатывается
максимальной сумма по всем участкам сетей до нет о следующих слагаемых:
Ар?м = Др^од + Дрт п + ДРсСУоМбр. (9.41а)
Здесь значения ДрсУпо1 и Ар^обр определяются по формуле (9.41), причем в закрытой системе расходы сетевой воды по подающему и обратному /рубопроводам на каждом участке одинаковы, если пренебречь незначительной утечкой воды из сетей и присоединенных к ним по зависимой схеме систем. В таких случаях значения Дрспод и Арсобр могУт различаться только за счет разных температур воды в подающих и обратных трубопроводах. Однако при расчетах. не требующих особой точности, можно исходить из единой для обоих трубопроводов средней температуры воды в них, равной 1ВР = 0,5(fCpno4 + feP06P), и соответствующего значения плотности рв. Тогда формулу (9.41а) можно упростить следующим образом:
Др^м = 2Др^1 + Дртп. (9.416)
В открытой системе расходы сетевой воды в обратных трубопроводах на любом участке меньше, чем в подающих, на величину разбора воды в системы горячего водоснабжения, включенные в кольцо начиная с этого участка по ходу воды £ буч, а потому
= (9.42)
Поскольку диаметры труб подающих и обратных трубопроводов на участке по нормам [22J принимаются, как правило, одинаковыми. в соответствии с формулой (9.41) перепады давления в обратных трубопроводах при открытой системе меньше, чем в подающих, а потому при их суммировании по участкам следует исходить из общих формул (9.41) и (9.41а|. Тот тепловой пункт, для которою сумма значений Др£ум по формуле (9 41а) при расчетном режиме оказывается максимальной, часто называется определяющим, а соответствующая величина расчегно! о перепада давления сетевой воды в трубопроводах и оборудовании этого теплового пункта Д/?7 п обозначается как Др'^'п- Если по /ученные для разных участков значения удельных перепадов давления на трение Др!р мало отличаются друг от друга, то определяющим обычно является тепловой пункт, наиболее удаленный от теплоисточника по трассе сетей.
При выборе сетевых насосов помимо значений Др£>м по формуле (9.41а) следует /акже учи/ывать суммарные перепады давления 13 оборудовании и трубопроводах, размещенных в пределах теплоисточника и
137
включенных в циркуляционный контур сетей. Эти перепады состоят из двух Слагаемых, относящихся соответственно к подающим и обратным трубопроводам в пределах теплоисточника:
АрстУи = Др™д + Др°тбир (9.43)
Обычно значения Др"б£ существенно меньше, чем В результате для определения необходимого перепада давления, обеспечиваемого работой сетевых насосов, получается выражение
ДрС н = РсанН - Р^ = Л^>М + =
= ДрХд + Др°тпрп + Д^омбр + Лрс^. (9.43а)
Для раздельного определения значений давления воды в нагнетательных рна1и и всасывающих pBCdc патрубках сетевых насосов необходимо фиксирование давления в какой-либо точке циркуляционного контура при рассматриваемом режиме. Такое фиксирование осуществляется вместе с выбором схемы подпитки циркуляционного контура, необходимой из-за неполной герметичности сетей и систем. При закрытой системе такая подпитка соответствует только суммарной утечке из всех трубопроводов и оборудования тепловых сетей вместе с присоединенными к ним системами теплоиспользования. В соответствии с нормами [22] расчетная утечка должна приниматься 0,75 % суммарного объема воды в трубопроводах и оборудовании сетей систем теплоиспользования. Поэтому расходы подпиточной воды возрастают вместе с протяженностью и разветвленностью сетей, но обычно составляют не более 2 — 3 % расчетных расходов сетевой воды. При открытой системе за счет подачи подпиточной воды помимо компенсации утечек должны покрываться расходы сетевой воды, разбираемой в системах горячего водоснабжения В зависимости отдели расчетных нагрузок этих систем в суммарных нагрузках сетей такие расходы могут составлять до 30% расчетных расходов сетевой воды. Перепад давления, развиваемый подпиточными насосами, определяется исходя из требований, предъявляемых к давлениям воды в сетях при различных режимах, характеризуемых работой либо только подпиточных насосов (статические режимы), либо этих насосов совместно с сетевыми (динамические режимы).
В нормальных условиях эксплуатации статические режимы могут иметь место только при пуске сетей в период их заполнения водой совместно с присоединенными к ним системами теплоиспользования. Развиваемые при этих режимах давления на нагнетательных патрубках подпиточных насо
сов должны быть достаточны для такого заполнения с небольшим запасом Др3, обычно принимаемым равным 0,05 МПа. При определении давлений следует исходить прежде всего из геодезических отметок поверхности земли по трассе сетей zc, м, пренебрегая незначительными расхождениями между этими отметками и соответствующими осям трубопроводов сетей.
В качестве условной нулевой отметки z0, м, удобно принимать геодезическую отметку осей всасывающих патрубков подпиточных насосов, практически совпадающую с отметкой пола насосной или первого этажа главного здания теплоисточника.
В зависимости от рельефа местности по трассе сетей соответствующие разности отметок Дгс = zc — z0 могут быть положительными или отрицательными.
При зависимой схеме присоединения систем отопления и вентиляции, а при открытой системе также и горячего водоснабжения, необходимо, кроме того, учитывать отметки наивысших точек этих систем относительно отметки поверхности земли в месте ввода сетей в здание. Взамен разности этих отметок обычно используются близкие к ним значения высоты здания от пола первого этажа до перекрытия верхнего этажа /?зд. Эта высота для жилых зданий может быть принята равной произведению количества этажей на высоту этажа /тэг (в среднем й,т = 3 м, см. § 7 3)
Для перехода от разности отметок к необходимому перепаду давления, развиваемому подпиточными насосами при статическом режиме, может быть использована формула (9.4а), если в ней принять = 0 При этом давления на всасе подпиточных насосов равны атмосферному раТ: д сгат стат _ ,д , , , _
^Рподп ~ Рподп — Рат ~~ &Рв + «зд/макс ~
= £Рв (Д^с + ИЭ!/ГэТ)макс. (9.44)
В формулу (9.44) следует подставлять максимальное значение именно суммы Дгс + /гзд, так как размещение зданий наибольшей высоты часто не соответствует максимальным отметкам поверхности по трассе сетей. Принимая в формуле (9.44) g = = 9,807 м/с2 и рв = 988 кг/м3 применительно к температуре подпиточной воды 50 “С и добавляя запас Др3 = 0,05 МПа, получаем
/^подп ~ Рат ~ 0,0097 (Дгс + ^зд)макс +
+ Др3 « 0,01 (Дгс + Лзд)макс + 0,05. (9 44а)
При анализе статических режимов необходимо учитывать также наинизшие отметки в системах теплоиспользования зданий, присоединяемых по зависимой схеме,
ittk kiiк при 1аких режимах давления воды ин них 01 метках оказываются максимальными, по при этом они не должны пре-ниши н> расчетных давлений для приборов i ис । см р[’ИС1, определяемых как избыточные сверх шмосферного рат. Согласно [122] эти piic'iciiibic давления составляют 0,6 МПа дня сне । см с чугунными радиаторами или pcopnciыми трубами, а также со стальными Нинелями, 0,8 МПа для калориферов и 1,0 МПа для систем со стальными копией юрами или гладкими трубами, а также ( (>с питыми панелями.
Практически вместо наинизших отметок uicicm теплопотребления можно принимать i от не!сгвующие отметки поверхности земли по iрассе сетей в месте их ввода в здание, hu отметки также могут быть выше или ниже принятой за нулевую отметки z0. В носисднем, наименее благоприятном случае ни до исходить из значений суммы (Ад + йзд)макс + Дгсин, f де Д?Г" - превышение нулевой отметки над наиболее низкой но 1 рассе сетей. Тогда получаем
Ро<и - Рат =gPu [(Azc +Й?д)мам.+ Дг“НН] +Арз~ 't 0,01 [(Azc + Лзд)макс + Azc'M"] + 0,05. (9.45)
Подставляя в формулу (9.45) вместо Рак! приведенные выше значения расчетного давления для систем рсист, можно определить соответствующую ему предельную разность отметок этих систем, которая с учетом запаса 0,05 МПа составляет 55 м при расчетном давлении 0,6 МПа и 95 м при давлении 1,0 МПа.
В тех случаях, когда статическое давление сгат
Рсист — Рат превышает расчетное для систем отопления или вентиляции, необходимо применение взамен зависимых других схем их присоединения. Такие схемы могут потребоваться даже при ровном рельефе местности в случае застройки зданиями повышенной этажности — от 12 этажей и выше [22]. Если для трассы сетей характерны большие значения Дг^и", го возможно применение независимой схемы для зданий, расположенных на наиболее низких отметках Azc, при любой этажности их. Если же к сетям приходится присоединять большое количество зданий повышенной этажности или расположенных как на высоких, так и на пониженных отметках, то вместо независимой можно применять схему с выделением компактных групп таких зданий вместе с соответствующими участками тепловых сетей в отельные зоны, в каждой из которых поддерживается собственное статическое давление, удовлетворяющих условию “ Pai
Рсист [22].
Помимо статческих режимов, связанных с заполнением сетей и систем посредством подпиточных насосов при неработающих сетевых насосах, возможны также аварийные статические режимы в результате внезапной остановки сетевых насосов при сохранении в работе подпиточных насосов. Такие режимы маловероятны, и, кроме того, если остановка сетевых насосов произошла при температурах воды в подающих трубопроводах сетей ниже 100 °C, то сохраняются условия, характерные для нормального статического режима. Если же эти температуры превышают 100 JC, то давления в наивысших точках сетей и присоединенных к ним систем по зависимой схеме без смешения должны превышать атмосферное, на величину, обеспечивающую невскипание воды соответствующей температуры. При обычной расчетной температуре воды для подающих трубопроводов сетей, равной 150 °C, необходимое превышение давления сверх атмосферного составляет рвск — 0,38 МПа (см. табл. 9.1). Такое превышение не учитывается при выборе подпиточных насосов, но в соответствии с нормами [22] оно может приниматься во внимание при выборе схем присоединения систем теплоиспользования.
При динамических режимах с совместной работой сетевых и подпиточных насосов в целях сокращения необходимых перепадов давления подпиточные насосы включаются в циркуляционный контур в той точке его, где давление воды является наиниз-шим, а именно в узле присоединения обратных трубопроводов к всасывающим патрубкам сетевых насосов. Фиксированным в этом узле давлением воды рсМобр является необходимый перепад давления который должен обеспечиваться подпиточными насосами при данном режиме. Перепад давления примерно совпадает с рабочим давлением на всасывающих патрубках сетевых насосов рГнС = РЙодп- При этом давление на нагнетательных патрубках в соответствии с формулой (9.43а) должно составлять
№ " = Р^ + АрЛУоМд + Ар°Лр + Арсс обр + АрХ (9.46)
Входящие в эту формулу значения р"лйн и Рподп определяются как рабочие, т. е. избыточные сверх нормального атмосферного давления (0,1 МПа). Объединяя формулы (9.4а) и (9.46) при р = рвр, можно получить уравнения для определения давлений в подающем р'с под и обратном р'с обР трубопроводах для любой точки сетей, характеризуемой значениями перепадов давления воды между этой точкой и теплоисточником но подающему Ар'спод и обратному Ap'cogp
139
трубопроводам, а также отметкой Az'c поверхности земли на трассе сетей относительно z0. При этом получаем
! _ ДИН , /д сум А , \ . A сум
Рс ПОД — Рподп “Г (А^с ПОЛ ~~ Ар С ПО 1/ + Лроор Т
+ Ар^р + Ар^р ± #рвР Az;, (9.47)
Pt обр Pili' III "Ь Др Г И + Дре обр + gPeP Azc.
(9.47а)
В формулах (9.47) Ар'с под — сумма перепадов давления на трение в подающих трубопроводах по участкам сетей от теплоисточника по данной точки, а Ар'с обр в обратных трубопроводах от гой же точки до теплоисточника. Эти перепады давления определяются по формуле (9.41). Знак минус перед слагаемым #рвР относится к точкам сетей с положительными значениями Ас[, а знак плюс — к точкам с их отрицательными значениями. Для закрытых систем можно принимать АРсУобр = ЛРсУпод И Ар; под = Ар'с обр.
Разность значений р'с под — р'с обр, не зависящая от профиля местности по трассе сетей, представляет собой располагаемый перепад давления Ар'с между подающим и обратным трубопроводами в данной точке сетей, который може! быть использован для присоединения к ним циркуляционного кольца ответвления с местным тепловым пунктом. Этот располагаемый перепад давления равен
Арс = Рс пои Рс обр ~ (Арс'под ~ &Рс под)
-I- (ДрсУобр — Ар'с обр) + Ар г р. (9.48)
Для определяющего теплового пункта имеем Ар с под = АрсУют и Ар с обр = Арс^обр, а потому Ар; = Ар""£. В других точках сетей располагаемый перепад давления Ар'с превышает необходимый для присоединения опре-деляюшет о местного теплового пункта Ар]пр. Во избежание поступления в системы теплоиспользования излишних расходов сетевой воды на всех тепловых пунктах, кроме определяющего, для которых Ар'т и
Арт‘р, следует предусматривать устройства для дросселирования избыточного перепада давления с величины Ар'с до соответствующей требуемому при расчетном режиме расходу сетевой воды для данного пункта Ар? п. В качестве таких ус тройств используются устанавливаемые на трубопроводах диафрагмы (шайбы) с малыми диаметрами отверстий, а иногда сопла в элеваторах. Использование частичного закрытия запорных задвижек для дросселирования запрещается [73, 77, 79].
При выборе минимально необходимого давления рНолп следует исходить из соблюдения ряда ограни чений. Это давление должно обеспечивать при совместной работе сете
140
вых и подпиточных насосов возможность заполнения водой трубопроводов сетей и присоединенных к ним по зависимой схеме систем. Необходимые для этого избыточные давления характеризуются формулой (9.44), но в отличие от статического режима их обеспечение при динамических режимах осуществляется за счет совместной работы подпиточных и сетевых насосов с возможностью использования для затю тения систем воды как из подающего, ш и из обратного трубопровода на теп юном пункте. Наиболее удобным является заполнение из образного трубопрово га, по зго возможно только при соб 1юдеп1111 неравенства, см. формулы (9.44) и (9 47а)
Рпо in 4“ Ар । и + ApL (>бр /fPi,1 (Azl + /тзд) + Ар3 или (9.49)
Рпо ш ^РнР (A^; + ,) + Ар (А/< о6р 4- Ар^Р).
(9.49а)
Сопоставление значении , |П получаемых по формулам (9.44) и (9 49), покатывает, что при динамических режимах давления, необходимые для запо шештя сетей н местных систем, могут быть сушез тнетшо меньшими. чем при статическом, та счет дополнительных слагаемых Ap't ,>с,р 4-Ар?бр . Кроме того, если сумма ^p;p(Az; + /т1;()4-Ар3 больше, чем р'с обр, по меньше, чем р'с под, го заполнение систем подои возможно из подающего трубопровода I ели при этом давление воды на выходе пт системы в образный трубопровод теп ioiioio пункта оказывается выше давления в ном трубопроводе, го на таком выходе следует устанавливать регуляторы таи тения «/то себя» (регуляторы подпора). Применение таких автоматизированных зависимых схем вместо перехода на независимую схему представляется оправданным в сочетании с разделением сетей на зоны с ра т тичными давлениями воды не только при статическом, но и при динамических режимах. При этом для подачи воды по по тающим трубопроводам из смежной зоны в верхнюю зону с более высоким давлением необходима уезановка па этих трубопроводах подкачивающих насосных станций (см т л 26).
На обратных трубопроводах верхней зоны для соблюдения минимальных значений p;Jo"n ПРИ соответствующем рельефе местности может понадобиться установка регулятора подпора, дросселирующею давление в обратном трубопроводе верхней зоны то соответствующе!о давлению в образных трубопроводах нижней зоны.
В других случаях, когда в выделяемой зоне требуется поддержание при динами
ческих режимах более низких давлений, чем в смежной зоне, следует устанавливать подкачивающие насосы на обратных трубопроводах, а регуляторы подпора в случае надобности — на подающих трубопроводах верхней зоны для снижения давления в них до принятого для нижней зоны
При любых схемах подкачивающие насосные станции мот ут быть использованы для обеспечения в смежных зонах различных давлений в статическом режиме при условии их оснащения быстродействующими запорными клапанами рассечки на подающих и обратных трубопроводах, а также устройствами для подпитки отсекаемой зоны
Следующим фактором, определяющим выбор давления подпиточных насосов при динамических режимах, является требование недопущения вскипания воды расчетной температуры (обычно 150 °C) в подающих трубопроводах сетей. Соответствующее неравенство для давления в тюбой точке этих трубопроводов имеет вид
Р^дп + (Арс%од - Ар'с по О I- Ар^,бр + ApVT,’ 4-
-I- Ар^р > £РвР Az; 4- pBLK + Арэ (9.50)
Здесь при тр под — ISO^C имеем pBtK — — 0,38 МПа, рвск + Ар; — 0.43 МПа (см выше). Дополнительное слатаемое рВ(.к накладывает также ограничение на выбор давления воды в нагнетательных патрубках сетевых насосов при динамических режимах по формуле (9 46), которое до тжно удовлетворять неравенству
Р'<Т = Рп'о'п + Адс'юа 4- Ар?ЧГ + Арсс\йр +
+ Ар?уи gpBp AzcMdKc 4- pBU< 4- Ар, (9.50а)
Для систем теплоиспользования, присоединенных к сетям по зависимой схеме без смешения, в основном систем воздушного отопления и вентиляции, должно быть предотвращено вскипание воды расчетной температуры tpc Г|ОД в наиболее высоко расположенных теплоприемниках этих систем. В этом случае в. формулах (9 50) значения #pBpAze должны быть заменены на gpBp (Az^ 4- пзд)Маке.
Третье ограничение, определяющее выбор значений р^дп и связано с необходимостью обеспечения при динамических режимах в подающих трубопроводах тепловых сетей, а также в оборудовании теплоисточников, включенном в циркуляционный контур со стороны нагнетания сетевых насосов таких давлений, коюрые не превышали бы расчетных для этих трубопроводов и оборудования Для трубопроводов и оборудования тепловых сетей при температуре воды не выше 200 °C наибольшее рабочее давление рраб совпадает с условным давле
нием pUI (ио I ОСТ 356-80) и принимается равным 1,6 и ш 2,5 МПа (избыточных) (см гл Т) Д'щ пароводяных подогревателей расист ное рабочее давление по сетевой воле состав ,яет 1,4 —2,3 МПа, для водоводяных подо! рева гелей 1,0—1,3 МПа и для стальных водогрейных котлов 1,6 — 2,5 МПа. Болес низкое расчетное рабочее давление 0,6— 1,0 МПа характерно для тепло-приемников местных систем теплоиспользования. Поэтому при присоединении таких систем к сетям по зависимой схеме без смешения давления ю 1жны одновременно удовлстворять двум требованиям, а именно невскипания воды при температурах до 150 °C и Сохранения давления воды не выше расчетною дтя теплоприемников Если не удается совместить оба фебования, то следу ei переходи 1ь на независимую схему или зависимую со смешением и пониженным рабочим давлением в геп юприемниках
Если наибольшее давление воды в подающих трубопроводах на нагнетательных патрубках сетевых насосов превышает расчетное давление для соответствующего оборудования геп юисточников, то возможно либо включение части ei о со стороны всасывания сетевых насосов, либо снижение давления на на! нетании до расчетною для оборудования в сочетании с сооружением на трассе сетей насосных станций с подкачивающими насосами на подающих трубопроводах Такое сооружение даже при ровном рельефе местности может оказаться необходимым для транзитных магистралей большой протяженности. По приведенным формулам можно определить давление воды в любых точках сетей при статических и динамических режимах, а также расчетные перепады давления для сетевых, подпиточных, подкачивающих насосов и дросселирующих устройств па насосных станциях при заданном режиме их работы и известном рельефе местности по трассе сетей. Одновременно могут быть уточнены области применения различных схем присоединения к этим сетям систем теплоиспользования отдельных зданий
При разработке проектной документации по ма!истральным и транзитным тентовым сетям, в особенности схем теплоснабжения । ородов, огсугсгвует большая част ь исходных данных, необходимых для точных расистов ! идравлических режимов (трассы и диаметры труб для распределите тьных сетей, расположение тепловых пунктов с соответствуто-щими отметками поверхности тем ш и i и.). Вместе с тем при такой ра«работе необходимо обоснование решении в части харак ।ерист ики обору юнапня насосных в ।ейчоисгочниках и на по начинающих стаи-
14!
циях. В таких случаях наиболее удобной оказывается упрощенная интерпретация основных уравнений гидравлики трубопроводов, и прежде всего уравнения Бернул-1и, см. формулу (9.4), при которой все синаемые этого уравнения приводятся к швейной размерности за счет их деления на ускорение силы тяжести g, м/с2:
Рнач । „уч _ Ркон । „Oi т" ^нач ' '+
<?Рв £Р»
пни
4 (9.51)
#Рв
Р-5 la)
= р^,, - pIqh
КРи gpB
Входящие в уравнения (9 51) величины давлений сверх нормально! о атмосферного
или их перепадов, разделенные на произведение gpB, называются напорами и измеряются в литрах (более точно — в метрах столба жидкости при ее плотности рв, кг/м3).
Игнорирование влияния зависимости плотности жидкости от температуры является источником пог решност ей. неизбежных при использовании уравнений Бернулли в виде форму г (9.51).
Для практического применения этих формул, и в частности для суммирования напоров с разностью отметок ДоП - Знпч, необхотимо, чтобы эти напоры измерялись именно в метрах. Это достигается принятием плотное! и воды, равной ее максима ib-ному значению, а именно рв - 1000 кп/м3. В этом случае напоры (в метрах во гяного столба) Moiyr непосредственно суммировать
ся с разностью отметок, а кроме toi о.
атмосферное давление может быть прибли-
женно приравнено 10 м вод. ст. Значения
грч уч уч уч
гнач^ Д_нач _/.пач м /'кон /'кон г кон
~ 1 ПГ.Л 'ч’ьез и ~ . „„„ ~“нье"
£рв 100Q? £Рв 1000#
назы-
ваются пьезометрическими высотами относительно той же условной i оризонтальной плоскости, от которой отсчитываются ординаты центров сечения труб и ДоН. Эти значения соогветс1 вуют давлениям на дно сосуда, сообщающегося с атмосферой, столба жидкости высотой hl1be3, м, и плотностью рв, кг/м3. Если требуется по значениям пьезоме1рических высот определить соответствующие давления во гы при температуре гв, '‘С. и плотности рв, кг/'м3, то следует пользоваться формулой
Рв = .gPfAbei • (9-52)
Например, значение /гпьез = 10 м вод. ст. соответствует давлению рв = 98070 Па при температуре воды 4 ЭС и 89910 Па при 150°C, т. е. 8.3”„ меньшему (см. таб ь 9.1). в
то время как 1 ai < < >• > i ы н i nyci
101325 Па.
Перепад лав ichiih па ip.-mt и tpy<m проводе /фр, разле ienni.ni на ур„ и ii.ninriсч потерей напора на ipcimc I............. <н»рц
зом, имеем, см форму ты ры и р О
г''' <•»") .УРп
Уравнение (9 к 11 ....р>. <.......паче
ния напоров приоощ ia< । ни >
+ й = С 1 -Г,, I Ь., II <9 м.0
Величина И, в > <>•>......ш урапне-
нием (9.51) 1ГОСЮЯНН oi ........iriiitll
труб на участке, назын.н и...... । нанлрлм
Если потери напор! на * । •. <п< ..ihhih к 1 М ДЛИНЫ трубинропо...........гни лни-
метра, т о получим ci о у н и нм. >>>> и наипри
= 0,08J(. < ‘ ' " ' ' 1'1 М)
Удельные потери и....... W. / чй тю
щиеся безразмерными >< ...... ш и низыййв-
мые гидравлическими у>. । •>>» m .ышйчаин-СЯ /‘гидр- При ЭТОМ ИМпм
д/$м = у 1) рл =
= 0,08265У ' 11 ' (ШЧи)
‘ Т рв</ I ।
Аналогично этому .и ... । . и t ый ЧйВЧйИИй между нагнетательными и ч> а. ЫЙЦЙНЙНМН патрубками насосов /м , ыи*нн
ти к развиваемым л ........... *мн НйНнрим
Нн, равным
Н„ = р... 1 ‘ 15)
Перепады давлени । . о ни ннншими и обратными грубопрон!. . , ... ныИНи-щмыс для обеспечения подачи и , .«п ними тевой воды на icn ю<. .. нн ihiac
МОГуТ бЫТЬ ПреДСЫН I m ' ч НН|Т IIIIII вегствующих потерь пап ।
Д/гт „ =• V • .
19 11ц)
Перепады давлепи । । . -ц.. ж» и
оборудовании тепло1н i нлшых
В ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КО!н I 11 п и-' щему и обратному i| . 11 • -мн у ।
быть представлены и . । • напори
Д/г"°п и Д/Г1°п, onpe/ciH ....ли »
формулой (9.55). Тог ы ' > i ш
определения перепа ют ... чн
14?
Рис. 9.1 Пьезометрический график при ровном рельефе местности по грассе сетей:
1 — подпиточные насосы, 2 - сетевые насосы. 3 — подкачивающие насосы по подающему трубопрово-ту, 4 — позкачивающие насо» ы по обратному трубопроводу, 5 - определяющий тепловой пункт 6 — пьезометр подающею трубопровода основной зоны, 7 —пьезомор обратною трубопровода основной зоны, 8 — пьезометр подающего трубопровода следующей юны, 9 -пьезометр обратного трубопровода следующей зоны, 10 — чевятиэтаж-ные здания, присоединяемые к сетям
ваемых работой сетевых насосов, (1 при пересчете на потерн напора приобретает вид //сн-Д/гсТод + Д/г^ + Л^^р! Л/А'Тг 19 56) Здесь значения Л/д'по > и Л/к ftp определяются по формулам (9 4 JI и (9 53)
Приведенные выше соотношения межд^ различными перепадам и тав'сипя и отметками поверхности тем ш но трассе сетей также мотут бып, нре it i ан тепы в виде соотношении меж iy поирями напора и этими отметками Например, нмст. то неравенства (9 50) в зтом с |уч к- по lyiacM
С’Н <6,, A/N
-(^•vA^'^A/.',''' I A/.'\ft, Лф ,)
(9 56а)
Переход от дан icnnn и нерз па цш давления к напорам и потерям напора ноттю-ляет упростить анализ т ндратошчзч кпх режимов сетей и нетто ть зова 11, i in нет о трафики напоров в сетях
При графической интерпретации урап-нения Берну тли в cooineic i ппп < приведенными выше форму тамп ни характе ристики изменений таи тения по ты в пре делах пнркуляционнот о мчи ура i степ лыюнь-зуются графики, на зыв.н мыс ш.е тометри-ческими или сокращенно нт с птмст рами (рис 9 1 и 9.2)
По абсциссам пи\ трафиков отита ты вакэтся длины участков нт от опт сетевых насосов (практнч(ч кп ш точка выхода трубопроводов из ii.iiiiiti к п юти точилка) вплоть до характерною \ । та па трассе этих сетей, обычно до опре к тянштето теп то вого пункта
В качестве ор тип и на таких трафиках наносятся отметки потн-ронв тп нм пт по
трассе сетей с привязкой к ним в случае надобности высот присоединяемых зданий /г3д. затем наносятся трафики изменения напоров в подающих и обратных трубопроводах по трассе сетей
Построение < рафиков начинается с оценки минимально необходимого напора на всасе сетевых насосов, совпадающего с напором на нагнетании подпиточных насосов / ггВсас п н.п п (Пен — -гI подл)
Проверка достаточности принятою значения Нпотп прои водится после прикидоч-нот о построения графика (см ниже) От-к тадывая значения п от условной нулевой отметки в исходной точке, соответствующей оси сетевых насосов, по тучаем наиниз-шую точку пьезометра дтя обратного трубопровода Добавлением к потерь напора в этом трубопроводе в пределах теплоисточника А/г°6ир при сохранении практически той же абсциссы получаем точку, соответствующую напору на входе обратного трубопровода в здание тептоисточника Начиная от этой точки пьезометр дня обратного трубопровода поднимается по трассе сетей с уклоном вверх и состоит из сочетания наклонных линий для каждого участка, причем утол их наклона к горизонтали соответст вует гидравлическому укло-нх тгидр по формуле (9 54) Поскольку трасса сетей состоит из множества участков с разными значениями расходов воды и тнаметров груб, значения гидравлических уклонов по участкам получаются различными Однако изменения уклонов для соседних участков невелики, а потому в целях упрощения графиков используются усредненные значения гидравлических уклонов, подсчитываемые исходя из сумм потерь напора
143
ll li.‘, 1,1) rj 2,0 2,5 3.0 3,5 4,0 4,5 5,0 V< л,,/
Длины трубопроводов по трассе сетей, км
1‘и '» ' I h и । рп-к t Miii । рафик при понижающемся рельефе Mcci in' in ". . । n । ₽ > мрИ i .. nun''inn ihhiHii ' соевые насосы, J - подкачивающие насосы и............... unftii
i<i . к < n 4 »<»|р» и 1МПМ1111Й 1гпловой пункт, 5—пьезометр подающего tpM<i<u| ”<к << ннвннй и
. и < . -in» и н.п n iii.einMcip обратного трубопровода основной (верхнсп' ... iuein*i₽ip
.. । ни.ни ip).... hi I 1едую1ией (нижней) гоны, 8 — тевятиэгажные < ioi.i. । .<i niiue.iHi' »
се г ям
о । ши । in рн 1,1 участков по формуле d;4, 2>1р/£/уч. (9.566)
1а*нм г погибом, двигаясь по грассе » ini '111*110 нос। и। ну । ь наивысшей точки UlrluMripll ulip.ll пою трубопровода, соот-1н и । ну |н111<‘|| опрсде гяющему тепловому ну ю tv II pn iioci роении пьезометров для мт in । рп hi.hi.ix сетей в качестве определяю-11114 0 rii.ifiifp.ic। ся тепловой пункт на стыке mix rcicii с распределительными. Откла-П.Н111И и конечной точке пьезометра обритою фубопровода вертикальный отрезок, ранный Ай'Гп, получаем соответствующую пинии иную точку пьезометра подающего •рубонровода, начиная от которой этот пьезометр проходит с уклоном вверх по направлению к теплоисточнику. При его построении используется та же формула (9.54) для подсчета гидравлических уклонов.
При закрытой системе из-за одинаковых расчетных расходов сетевой воды и диаметров труб для подающих и обратных трубо-
проводов гидравлически! । > ни in них совпадают (/"ндр = /ui'i’i-I..н-₽гим*И|»ы
в этих трубопроводах < и । |.||.нчны iiiiio» ситеиьно г оризонтали. ! n<> i i<. । m hhiiH те-
чению ординаты \ | i ।
i
+ Е,'гидп/сч, CM. форме IM l'l‘l I'JUill H (9.56).
При открытой CHe I I I. . не имеет места, i.ik i u сегевой воды в месгны. водоснабжения при p.iimn г идравлические уклоны провода на учашке м, и. дающего (i°(°pP < ini t‘P) 1 ь, » два предельных случая । н • сетевой воды либо । । . трубопроводов, либо in и .
Первый случай coion ной температуре во н । к проводе, равной ipcoyi < ю водоснабжения, /?'7
.. >1 НМЮЦП1М К .1 рцЩири
. II. <|1НЧР| II
....... ! • I руб । .... ццПи.
. । । и» но
' I". < Н1А11Ы “ 1’1 |П| ipiiM
............ 1 I'H I ПЫХ IIIIOlMlI чь-। I |1\|Ц| .|'Н'|Г
' I *1 'I
Во втором случае для этого раэбора достаточна температура воды в обратном трубопроводе, если она составляет 60 —70°C, что соответс । вует режимам работы сетей при наиболее низких температурах наружного воздуха, близких к расчетной для систем отопления Тн01 (§ 8.2).
Согласно нормам [22 J построение пьезометров При ОТКРЫТОЙ СИС1СМС должно производиться для двух режимов, соответствующих максимальному разбору всей воды только из подающего или то п.ко и? обратного трубопровода.
Для пересчета значений i идравлических уклонов с одного режима на друюи используется формула (9.54), в которой обычно пренебрегают незначительными итмснспиями величины ХтР, связанными с перехо юм от расчетного значения расхода воды к друi ому (см. § 9.2). При таком допущении пересчет можно производить по упрощенной формуче:
UtP = 'P.)1p( ) <*) 57)
На построенных опт.питым способом пьезометрических трафиках фиксируется расположение горизон ы и.ных iiiiiiiii. соответствующих необходимый п'порам при стати-
ческом режиме в mvx iiapii.iii iах. а именно: дня обеспечения i.iiio пн ния но юи сечей и систем бе, учет i»< khii.diihi >ю ii.i по формуле (9 45) п с V4CIOM i.iKoio оОеспсчсния при расчет пои 'емпературе по,ты п подающем трубопроводе, । с । юн н> нчшем (читаемою h^K при /Р|Ю1 - ISO ( (.4 м. .м форму-
лу (9.56а). В нижнеи ч.н in ni.eiomciричсских графиков размсшас।ся yiipoiiieini.in схема сетей с расположением н.п ох он и пропечи-рующих устроим в
В качестве примера на pin И I представлен пьезометрический i рафик ши магистральных или гран зи । нм х lenil по папой протяженности (12 км) то опре к iит<>inei о тепловою пункта (микрораиошки о и пт ран онного) при близком к п iockomv pi шефе местности по трассе Основная iiihihi (i.iih веского давления выбрана и i умнннтя i.iho i нения местных симем ten loin по п. шканпя девятиэтажных здании iii.koiihi ’7 м что с запасом 5 м cooincii inyei н .и>*и шмому напору подпиточных и.к <к on при ним р< *нме Япоцп = 32 м. Для обеспечения ш ш кшынпи воды с темпера।урон |М> ( и верхних точках таких систем ши напор ц> iacii ih.iii. увеличен до 70 м
Построение i рафиком при р.п ч, июм нт намическом режиме пропой нчн» iinoui hi значения средне, о i п ip п> пен , ми о ук loiiti с учетом ко >фф|1п1н и । । mii но.ix iiuii pi. (i м табл 9.7 и 9 9) II 1ПН1О । < цiiai iipiiiiiiiii
значение т^др - 0.007, которому при длине грассы тепловых се,ей 12 км соответствуют суммарные потери напора на трение в трубопроводах, равные 84 м. При закрытой системе эта величина относится как к подающему, гак и к обратному трубопроводу.
С учетом минимальной величины напора на всасе сетевых насосов, оцененной в Н®с„с = 7/^™ = 15 м, и потерь напора в обратных трубопроводах и оборудовании теплоисточника, включенных в ттог трубопровод А/1?бр = 5 м, ноиучаем наивысшую отметку пьезометра обратном) (рубопровода на входе в определяющий гепловой пункт й^обр — 104 м. Однако при гаком напоре, превышающем на 44 м расчетный для систем отопления с чугунными приборами, большую часть соответст вующих зданий пришлось бы присоединить по независимой схеме. В таких условиях целесообразно сооружение подкачивающей насосной станции примерно в середине трассы сетей. Построенный пьезометрический трафик с такой станцией представлен на рис. 9.1. В данном случае требуется подкачка воды как по подающему, так и по обратному трубопроводу, а развиваемый подкачивающими насосами напор должен составлять 42 м по подающему и 52 м по обратному трубопроводам (с учетом потерь напора в пределах насосной станции в размере 5 м для каждого трубопровода). Соответствующий расчетный напор на нагнетании сетевых насосов составит 154 м, что позволяет использовать трубопроводы и оборудование, рассчитанные на условное давление ру — = 1,6 МПа.
При наинизшей отметке пьезометра подающего трубопровода 82 м вскипание воды с температурой 150 °C исключается как в (рубопроводах, так и в верхних точках систем девятиэтажных зданий. Однако при ном давления в нижних точках систем составят не менее 70 м, что недопустимо для чугунных приборов, и потому эти системы Moi yr присоединяться только по зависимой схеме со смешением.
Заполнение водой систем девятиэтажных щапий при динамическом режиме может производиться из обратных трубопроводов, и, исключением зданий, присоединенных к их начальным участкам вблизи теплоисточника и насосной станции, у которых такое ыпопнение возможно частично из подающего и частично из обратного трубопроводов.
Подпитка второй зоны тепловых сетей после подкачивающей насосной станции в id ином случае возможна из подающего (рубопровода смежной зоны через регулятор давления «после себя».
145
На рис 9.2 пре те га в лен пьезометрический [рафик, применяемый в условиях значительного понижения отметок поверхности земли по ipacce сетей, а именно на 4U м ниже хс шиной нулевой отметки при проз яжсчности । pact ы 6 км. При этом применение единого шачения напора при статическом режиме л ih всех участков иск!ючае1ся ик как на Н'ювных участках он должен сосыв 1яи> не менее 32 м, что при oimcik.k и конце ।рассы на О м ниже ю ickoii припилит к напорам в нижних точках ci < ico чих маний 7? м
Разделение сетей при ii и плеском режи ме на две зоны целее и op i ил осуществить в ючке, соответстнмопи и oimcikc поверхности земли на 20 м ты i пулевой, при которой статическ'т и ншр и нижних точках зданий оказыгас к i интим и расчетному для систем с чх мп ими щ ।шорами
В эюй же I’m in ici иовразно размещение позк iHiiB.u и । n шн оспой станции, на котором io 1жп< > iii< < । ппжься снижение напора при . । < i и ic< ком режиме, а по обратному рм mi........tv I а кже и при дина-
мических pi а и । lx и i4ci установки пол > .i’ihh.iii'iiiii ч .кин ни ном трубопроводе
Н 11111 ।х111 ।с < к н ч режимах пьезометр
обратного трубопровода на выходе m n.i сосной станции целесообразно совмести i отметкой, совпадающей о ну leiion, ч|п потребует напора подкачивающих ilhocoh пи обратном трубопроводе, равнIч > Ими vie том потерь напора 5 м в прете их и . <и noil) При этом с учетом потерь напори и oh ратном трубопроводе нижней юш । ' м к также располагаемого напопа 2‘ м ш пире деляющем тепловом нуиюе и но m । шй напор в месте выхода по ин* ни 1. pnui провода из этого пункта ч>.чи . myei отмене 5G м Такой напор . i ........ ин
прело!вращения вскипания но in и тгри ivpoft 150°С При отметке »<) -i < 1.1 > >н< ч-ной точки пьезометра по i пип... pyiui-
провода и потерях напора и и .... рв
гяжении трассы 42 м напор.....и н uoio
трубопровода из здания ' । t -и циника составит 92 м. Необходимы । пи ч- . г|,л»ых насосов равен 117 м х »• шм ноц»|ц» напора в по тающих труби, щ uni . и ирг щх тетоисгочника 25 м Пр.........и t нтнки
подкачивающих пасОиов и.......типцему
трубопроводу не требуется I н>о пиит п.ныг сведения по построении» ни h.m. ipuimhi трафиков при различных р> я нм м прив«»ч#пы в (77, 100 121]
Глава десятая
I 1.1 1.ИОНЫЕ РАСЧЕТЫ ИЗОЛЯЦИОННЫХ КОЖ I РУ М1ИЙ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
10.1. Основные задачи । си юных расчетов изоляционных конструкций
1 епчопые расчеты изоляционных кон-i 1||укцпй проводятся с целью определения НП1ЦЦН.1Х потерь трубопроводов с заданной Юнн (рукцией тепловой изоляции при данном tunc прокладки. а также с целью определения но заданным значениям этих потерь сиотве1ствующих толщин изоляционных слоев, выполняемых из материалов с из-нссчной теплопроводностью В состав тето-ных расчетов входит также определение изменений температур теплоносителя в тепловых сетях в результате их тепловых потерь и проверка температуры наружной поверхности тепловой изоляции, которая при прокладке в помещениях по нормам [22, 61] должна быть не выше 45°C при температуре воздуха в помещении 25 °C.
При надземной и подземной прокладке
., и шИЫР но-юн» при > nftuprUM и
тепловых сетей в меч n । тины* обслуживанию (туннели ю । и - । ч'Ы камеры, эстакады), допускается inn...щр ।аМплри-
туры поверхности iciunii.ii uhuuiiuh до 60 °C
Максимальные доп».....
тери трубопроводов ни < различных типах при । । к > нормативных докумен i i» |1 । Исходной в задач i . тепловых сетей являем я и " носителя гт на вхо .с > । > объект, обычно учаснок . ш тяжении которого диам । ристика теп юизоляпппп । » (толщина, теплопроно । । слоев) остаются нейти ни. при тепловых расчетах . температура окружаюин н । маюшей тепловые iniu • тепловых сетей. Xapai н । ч среды определяется нш
н . n prit'iPia | UIPH 1011'10-
» <•* чн про-ч •чрнме-
• । (ОПЦИИ
1МН.П1
1 । -ж нно,
' *4 IHIIU
II ‘ прнии-
" >|Д*11ИЙ . I ППЩСЙ
146
сетей, эти типы могут быть сведены к двум основным, соответствующим надземной и подземной прокладке сетей.
В первом с 1учае окружающей средой для конструкции сетей является воздух (воздушная прокладка), а во втором — массив грунта, в котором заложены эти конструкции. К воздушной прокладке относятся все трубопроводы и оборудование тепловых сетей, расположенные внутри помещений или вне их на открытом воздухе.
10.2. Тепловые расчеты при воздушной прокладке тепловых сеюй
Конструкции изолированны' трубопроводов гепловых сетей состоят и; нескольких с юев но толщине, выполненных из различных материалов. Слоем npwiei ающим непосредственно к теплоносителю, ян>1яс1ся стенка стальной грубы. На наружную поверхность трубы согласно норм im [22] должно наноси;ься антикор рошопиое покрытие, а поверх не! о--основной и jo (чиновный слой, состоящий при вощуппюй прокладке гепловых сетей обычно и, пнучных ИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗТеПИИ 1О1ЩИПЫ лоюсюя выбираююя nt jcxiiiiKo нюномнчсских соображений Поверх основною стоя укладывается ПОКрОННЫП С 1ОЙ Hl MCIil'l шчсских лисюи или Hi.iciHhoB Суммарная толщина ИЗОЛЯЦИОННОМ коне ipVKHIIH В ЦС ЮМ для водяных 1епловых icieii при но i тиной прокладке в зависимо! hi oi (ii.iMcipa 1 руб должна быть не бо 1Ы1Н' oi oiiopi iiiioii в нормах [22], а именно oi 0,07 м при />х 25 мм до
0,20 м при Dy = 7S() мм н он ice При ном каждый слой и ЮЛЯЦИОП1Ю11 мни । pvMUHi выполняется одной толщины ин > >к р уж и» । и полируемой трубы.
При такой конфи! храпни и но пушной прокладке трубопроводы можно lUiii.iii. температуры на границах меж ;у двумя юсе i ними слоями одинаковыми по окружности Тепловые потоки от 1р\бы ю наружной поверхности изоляционной конструкции при лом направлены по радиусам ее понерсч ною сечения и одинаковы но вс пнчни» i oi любою сектора этого сечения i ia i.hhii.im yi лом (радиальный тепловом houik) tin hi вые поюки для всей гюверхтк i и нытри ванною трубопровода (7, н. Вт, пропорции нальны ею длине /|(„ a i in у ч.и i k.i длиной 1 м любого С ЮЯ II io IЯ1111<11111<>11 конструкции и за татшымп и-мю-р.п , рачи наружной и вну ipciiiieii .uni. р-шн i и определяются по форму к-
«Т.п-1’"' II" Н
бр л
Здесь <у, н - удельные тепловые потери, Вт/м, а Я(Л - (ермическое сопротивление данно! о с юя, м K/Вт. Для слоя из материала теплопроводностью Хс „ Вт/(м К), ограниченного цилиндрическими поверхностями с внутренним днамстром d^ и наружным </нЛ, м, величина R, , определяется основным уравнением теплопередачи в цилиндрических обьектах.
1
2nA,t ।
, ‘/и'
In н
Отсюда
2д^Жн_:-О п - -
° (1е 1 URH
(10 2)
(Ю.З)
Учитывая что толщина слоя составляет
Sea - j
представию так;
формулу (10.2) можно
^сл ~---------In | 1 4
2 л/. 7 ’
(10.2а)
Из формулы (10.2а) видно, что значения термического сопротивления слоя Яс, тем меньше, чем меньше отношение ei о ютшины к внутреннему диаметру AVI — 8С1/^вн 11 чем больше теплопроводность материала слоя 7.С1. Поэтому такие значения оказываются наименьшими для металлических стенок труб и их антикоррозионных покрытий и наибольшими для основного изоляционного слоя. При малых значениях о i ношения АС,Г| = 8С|/й'в] формулы (10.2) могул быть значительно упрощены, если принять
]п(1+2А)* - (10.4)
1 -И А
В табл. 10.1 приведены значения 1п(1 + 2Ас,) в зависимости от безразмерного парамстра Ali = 5CJ]/JbJ при ею значениях oi 0.025 до 3. При значениях Дс1. меньших 0.-1, hoi решность приближенного соотношения (10.4) составляет менее — 3 %.
Исходя из формулы (10.4) можно полу-чин. следующие приближенные выражения । in юрмическою сопротивления слоя, а также лая удельных тепловых noiepb на 1 м чинны ।рубопровода:
кК I Ф'вн 4- 8е |) ’
(10.5)
, («вн - «и')f I + • (10.5а)
\ ^сл /
147
Таблица 101. Значения параметров In (1 + 2AtJ) и (1 + 2ДСЛ) In (1 + 2ДС1) при значениях At, oi 0.025 до 3
Значения Асл Значения 1п(1 + 2АСЛ) 0,025 0,0488 0,0514 0,030 0.0583 0,0618 0,040 0,0770 0,0832 0,050 0,0953 0,1048 0,075 0,1398 0,1608 0,100 0,1827 0.2188 0,12т 0.22 < 1 0.2784
Значения
(1 + 2Дсл)1п(1 +2^)
Значения Дс.( 0.1 >0 0.175 0,200 0,225 0,250 0,300 0 1т()
йычения 1п( 1 + 2ДСЛ) 0,2(Р4 0.7001 0,3365 0,3716 0,4055 0,4700 0 т <О(>
Значения (1 + 24л)1п (1 +24,) 0,7441 0,4051 0,4711 0,5388 0,6082 0,7520 О.‘)О '0
Значения ДС1 0.400 0,450 0.500 0,550 0,600 0.650 0 '()()
Значения 1п(1 + 2ДС|) 0.S8/к 0,6418 0,6931 0,7419 0,7885 0,8124 0 8 / т
Значения (1 +24,)1п(1 + 24,) 1 OSSO 1,2194 1,3862 1,5580 1,7347 1,9157 ’ 101 ’
Значения Ас, 0,/•>() 0,800 0,850 0,900 0,950 1.00 1 10
Значения !r.(, 1 | ‘Л ,) о.'ИбЗ 0,9555 0.9932 1,0296 1,0647 1,1PM. 1 )(> И
Значения (1 + 24i) In (1 1 ,। 2.2908 2,4843 2,6816 2,8829 3,0876 7.29S). < / ’ • 1
Значения At , 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1, '0 1 80
Значения in( 1 1 ' \, ,) 1,2238 1,2809 1,3350 1,3863 1,4351 1,IMG 1 '• 7>0
Значс1 inч (1 1 2 \ ,1 In (1 1 ’ \ ,) 4,1609 4,6112 5,0730 5,5452 6,0274 6 5 I')() (11‘И,
111 I’ll пни , 1,90 2,00 2,20 2,40 2,60 1 80 1 00
й| 1'н inn! In* 1 । ’А, ,) 1,5686 1,6094 1,6863 1,7579 1,8245 1,Х\ / 1 1 ‘1 1
ill 1 'll IIIIII I1 1 \. ,||||(| 1 24,,) 7,5293 8.0470 9,1065 10,196 11.312 Р » .*. 1 । ь ' I
1Ipniin пленные значения удельных тепло-14 is uoicpi. по формуле (10.5а) совпадают । ц|‘1пым11 (ия этих потерь применительно । и ни кому слою толщиной 8Ст с поверх-7г/
и и и.io, рппной Тсл= — (С+^н’), М2’ так как । in ii'ioikoio слоя имеем
л _ 1/вн — ) J’cn . _ ,
У г п ' " (10.6)
^сл
В этом случае
Кел = ЗслД’сл- (10.6а)
Здесь размерность /?С1 — м2 • K/Вт. При /\л = л1 (dgf, 4- 8с7) из формулы (10.6) получаем формулу (10.5а). Величину Гсл = п/+ SCJI) можно представить также как Kcl^pl. где </ср =~(^вн + ^н‘) ~средний диаметр цилиндрического слоя.
Применение приближенной формулы (10.4) позволяет также упростить решение задачи определения необходимой толщины слоя по заданной величине его тепловых потерь qT п и температурам поверхностей '148
fBH И ?нЛ- Из ОСНОВНОЙ фирм' III (Kill получаем
Отсюда с учетом фирме h.i 1 ю ’ о
5сл = ^(е2^Л ' "
ДСЛ ~ 1„ I ,
= ~ е ч< и I (III Н
Это сложное выражение, по н.п .и । при ближенной формулой (10 т.ц м>.. нциц
тить следующим образом
T^BtAc.1 (бш О. 1
9тп “ '
(И) Кц)
Расчет по формуле (10) .0 upHiuiun к несколько преувеличенным ш г» ипчм >>, но не более чем на 5",, при hi.i'h’iihmx
W*bh - ^Л) параметра ——--------— мсис< о i
?т п
В предыдущих форме lie ........
ность материала слоя ?vci при......инн
ной. Если н i и» inn’ll*।е н.ной ।о iiiiitiii.i имеет .............. iirprii.i i нмисриiyp
£вн — гн'. ю 'ii.i’it min 1С1Г1ОИ1.Н iioiokoii В ЭТОМ C loc l< llllirl lillllll IIMo( I I. ICIIHO-проводши I II OI I cMliepn I V phi )iy 1ПН11СИ-Mocib i;i ai к iiiii'iii ic'h,пых niiicpimnax темпера i yp мижпи iipitmiii. iiiiiefiiiiifl n cooi-Beiciiiiiii । у равнением
A -A(l I |M (10.9)
I nil. i ciiионроводhoc11, при 0 C, a
P, i емпери i ypm.iii ко )(|)(||ициен i, жаления koiopiiio лая и (о ляционпых мащриалов niixo/iHiси и пределах 0,0001 -0,0003 Вт/(мК2) (см. hi. 5). При таких малых величинах Р, Moiyi бьпь сохранены основные формулы (10.1) - (10.3), если в них заменить постоянные значения Лсл на средние
= X°CJ1 + ₽ft$. (Ю.9а)
Для плоского изоляционного слоя его средняя температура г£р равна средней арифметической из температур обеих поверхностей:
^ = 4^ + ^). (10.10)
О । сюда
₽2'С + О- (10.10а)
Э।у же I.IHIICIIMOC 11. с малой погрешностью можно н< но hi. toiia 11. применительно К ЦИЛИПДрПЧСЧ hllM ( ЧОЯМ
Для MIIOI OCIOIIIII.I X II |О н нционны х конструкций с Коинги । pii’im.iM рпспоиожением отдельных слоев шnut nicii.no осн 1рубы формулы (10.1) Moiyi ni.iii. ( охрннсны. если вместо значения юрмн'нч i<ni <> < nupoi нипения ОДНОГО СЛОЯ Rl , II НИХ ПО к I ИНН I I. ( умму этих сопротивлений по тем < шпм и направлении от стенки I pyfx.i io iioiH'pxiioci н ИЗОЛЯЦИОННОЙ конструкции llpll II 1>м II ohiHCM случае
К=УКСЛ==Я1Р + Я^ । ' С." •"•Hi
Здесь RTp, R"pK, R„„ К’",” "’„поч ственно термические conpoi nn icmni hi iimi трубы с внутренним диамшром 11 пару* ным dlp, антикоррозионно! о inn pi 11 ни . внутренним диаметром i/,'1’ и пару к ним г/"рК, ОСНОВНОГО ИЗОЛЯЦИОННО! о I ion I 1111(1 ренним диаметром */"рК и наружным и наконец, покровного слоя и ioiihiiiiii i ioiy i ренним диаметром rf),'1 п наружным
Каждое из этих значении К »ир| и >и. । ся по формулам (102) < и» u i,iu.>iii»hi » них соответствующих ni.rieinui ни iHiip.m. । ности материала кур. А'.'р". ' И|...... ।
наибольшим из сашаемых всегда является юрмическое conpoiивление основного изоляционно! о слоя Rin, а следующим по величине — юрмическое сопротивление по-кровно! о слоя R[^K. Величины R"£K незначи-зельны из-та малой толщины покрытий труб, a R|р — из-за большой теплопроводности металла.
В тех случаях, когда не учитывается сопротивление каког о-либо слоя, соответствующая разность >емператур гВн ~ при-нимается равной нулю. Таким образом, температуру внутренней поверхности основного изоляционного слоя практически всегда можно приравнять температуре наружной поверхности трубы (t“„ = f„p), а при итерировании термического сопротивления покровного слоя температуру наружной поверхности этого слоя можно приравнять температуре наружной поверхности основного изоляционного слоя (Гн°к = f“3)-
При тепловых расчетах заданными являются не температуры различных поверхностей, а температуры теплоносителя t7, движущегося по трубопроводам, и окружающей среды при воздушной прокладке — воздуха, омывающего наружную поверхность изоляционной конструкции гвозд.
В связи с этим в суммарное термическое сопротивление этой конструкции от теплоносителя к воздуху R£yM в общем случае должны быть дополнительно включены два слагаемых, учитывающих сопротивление теплоотдаче оз теплоносителя к внутренней поверхности трубы R1 и от наружной поверхности изоляционной конструкции к окружающему воздуху RBma. Это суммарное термическое сопротивление составляет
К?м = Кт + ХКсл + Квозд. (10.11а)
Суммарное термическое сопротивление RiVM называют также сопротивлением теплопередаче 31 ой конструкции. Слагаемые RT и R|ll)M, м К/Вт, для цилиндрических изоляционных конструкций определяются по формунам
R = -1— возд
(10.12)
(10.12а)
1десь а,, Вг/(м2 • К) — коэффициент тепло-(II ill'll* oi теплоносителя к внутренней по-iicpxiHKiи грубы; аиз, Вт/(м2-К) — коэффи-inieii । iciinooi дачи оз наружной поверхности и ю отшитой конструкции к окружающему iuh'ivw С их учетом формулы (10.1) и (ПИ) цпн (силовых потерь изолированных
149
трубопроводов приобретают вид
_ h ~ ^ВОЗ I _ G ^возд_________
«Т "Ь X ^СЛ + ^возд
_________MfT ~ ?возд)_____ (ЧП ITT 1 lVl]nC __________________L _
Olr^BH + 2/_jAci П С + Яиз^и0К
Значения коэффициентов леплоотдачи а3 и аиз определяются условиями теплообмена с окружающей средой В водяных сетях течение воды всегда яв 1яется турбу тентным а потому сопротивление теплоотдаче от теплоносителя к стенке трубы незначительно, так что в расчелах трубопроводов этих сетей величиной Ят можно пренебречь и считать температуру внутренней поверхности труб равной температуре воды в них (1Вн = G)
Коэффициент теплоотдачи аиз от наружной поверхности изоляции к омывающему ее воздуху следует учитывать всегда, гак как значения этог о коэффициента для изолированных трубопроводов водяных тепловых сетей невелики и составляют примерно 6—14 Вт 1м2 К) при их прокладке в помещениях и до 60 Вт/(м2 К) при прокладке на открытом воздухе с сильным вел ром [138]
Низкие коэффициенлы теплоотдачи от наружной поверхносли изоляции к неподвижному воздуху определяются преобладанием теплообмена за счет свободной конвекции, при которой значения коэффициентов зависят только от разности температур ЛЮК _ t 'н *возд
При прокладке на открытом воздухе и на гичии ветра вместо свободной появ-яе-’ся вынужденная конвекция, что приводит к увеличению коэффициента геплоотдачи, определяемого в таких случаях скоростью ветра
Помимо теплоотдачи за счел конвективного теплообмена при воздушной прокладке необходимо учитываль радиационный теплообмен, связанный те ь о с наличием разности температур теплоог дающей поверхности и воздуха В связи с этим значения коэффнциенла теп юогдачи от поверхности изоляции к воздуху аиз следуел определять как сумму двух коэффициенлов apd3 за счет радиационного и чК01й _,а счет конвективного теплообмена
13 ~ ^-р I I ^КОНВ ( 1 0 14)
Величины 7рз [, Вт/(м2 К), зависят от значении температур г[гок и гвозз а также од излучатетьнои способности материала покровного слоя изоггцил характеризуемой
его коэффициентом лучеиспускания алуч Для поверхностей, поглощающих всю энергию потока излучения (абсолютно черных), коэффициент сгзуч равен 5,67 Вт/(м2 К4)
Для материалов, применяемых в изоляционных конструкциях при изготовлении покровного слоя, значения коэффициента находятся в интервале 4 5 — 5,5 Вт/(м2 К4) и в качестве средней величины можно принять ст,уч = 5,2 Вл/(м2 К4) [138]
При известных значениях о1ЧЧ а также г"ок и гво3( коэффициент определяется до формуле
гу ---------
_____------Г(г
Ю8(С-Гвоз ।
(^возл
(1015)
Значения дра1 подсчит„-г^е ~о формуле (1015) при стззч = 52 Вт гх' К" *емперату-рах воздуха fB03J от _с -40 С и разностях темперал с р нархжл- и озеохности изоляции и воздуха г ‘ - от 5 до 40 °C составляют от _ * В- м* К)
Таблицы этих значении ~гизе_е-эи з [1'8]
Значения akOHB огределя- *.> ''’_е~ьно для условий свободам* и - - жженной конвекции по следующим г- ~х .
при свободной КОНЗС1- Z
аконв=16Ь1 —И0 16) при вынужденной х
Аонв = ' - 1 16а)
где ивозд - скорость ве*г_
Первая из этих форм . —е з. ~ри (СК)3аГ - i Тл - . з _ю-даегся при г™’' - гВо, - э < -- - - 2" м
а при гнпок- ^,3=1° С ес х - ' > 22 м
Таблицы значений д, , _ д-'рм\те (1016) при разностях ем-ед4 * - во31
от 5 до 40 С дриве_енгх - и
обычно составляют '-А В- * _ -о’ому при прокладке труос^геэ'д = - * *е_е=иях значения общего коэф*ри_ие-’_ т.\ '•’дачи находятся в пределах - т, =
— 6 — 14 Вт (м2 К) в час*= *? —? оде дней температуре воздуха =2 С ? = * — 12 Вт/(м2 К)
В качестве характерно* д. я */л «словим приводится [13я] знп е-ие = = 10,5Вд/(м2 К), которое моге* ' -= использовано при расчетах не лреб.ю—' *ьшой точности
При прокладке на отг?=»* м зоздухе для определения значении д, следует применять формулу (1016а . п« д»*4.човкой расчетных значений скорое и вещщ на ,зд для данной местности, соответствен-* о _иля
отопительного или летнего периода — по данным [6] При расчетах по формуле (10 16а) аконв = 5 - И Вт/(м2 К) при ивозд = = 2 м/с и аконв =17 — 38 Вт/(м2 К) при и>возд = 15 м/с Таблицы этих значений приведены в [138]
Суммируя значения арад по (1015) и Аонв по (Ю 16а) можно получить значения общего коэффициента теплоотдачи аиз в условиях вынсжденной конвекции, превышающие на 3 — 8 Вт (м2 К) приведенные выше для 7к0НВ при разных скоростях ветра
В качестве средних рекомендуются значения 7,п = 20 Вт/(м2 К) при скорости ветра и воз3 = 5 м/с и аиз = 35 Вт/(м2 К) при ичсз, = 15 м/с [138]
Необходимость использования прики-дочных значений аиз в качестве первого приближения при точных расчетах тепловых потерь изотированных трубопроводов связана с тем, что эти значения зависят от температуры наружной поверхности изоляции г“3 и эта температура может быть точно определена только после расчета тепловых потерь Приведенная ниже формула для расчета г”3 получена из формулы (10 13) с учетом значений б/т н, подсчитанных исходя из коэффициента теплоотдачи аиз без учета покровного слоя
— 1вОЗД~Ь
*иХГ1п
2ХИЗ 4тр
(10 17)
Подставляя в эту форму iv ориентировочно оцененное значение х113 по приведенным выше данным, можно найти температуру наружной поверхности изоляции с”3 По этой температуре и формулам (10 14), (10 15), (10 16) и (10 16а) можно уточнить значения аиз
Для однослойной изоляционной конструкции, пренебрегая всеми остальными слагаемыми кроме Киз и 7?В13Д, формулу (10 13) для тепловых потерь можно упростить следующим образом
п — __£т *возд _
Угп ~ Д_ О ~
JX. 13 Т 1\ВО )Д
= '“"jl , - (10 17а)
•1 1-. “н . 1
2л. ятр + а, </нз
^ЛИЗ “н Д-ИЗиН
Во многих случаях формулы (10 17) могут быть упрощены за счет использования приближенного соотношения (104) при малых значениях параметра Диз, равного отношению
толщины основного изоляционного слоя к наружному диаметру трубы
Аиз = би.М?, (10 18)
что приводит к следующим приближенным формулам
9т П «------------------------------, (10 18а)
5из 1
ХИЗ(^Р + 8ИЗ) аиз(^р + 28из)
.из , __1т ^возд __________
‘н ~ ‘возд"1 <- , 1Тп , ч
| _| ^ИЗ^ИЗ (^н +28из) ^из (^НР + 8из)
(10186)
Если требуется учесть термическое сопротивление покровного СЛОЯ /?и°К толщиной 8ПОК и теплопроводностью ХПОк, то, поскольку отношение 8Г|ОК/г/”3 невелико, для этого сопротивления можно во всех случаях использовать приближенное соотношение (10 4), принимая
R'iT =----Д—7,— (10 19)
А,„( 1 + ~ )
ОПОК /
Тогда вместо формулы (10 17а) получаем
____Л (1т ~ Gion)_
’1 , я-
-- In +
2Лиз
®из( dn + 28ПОК
(10 19а)
Наружная поверхность изоляционной конструкции при этом соотвегствуег поверх-носл и покровного с лоя, а ее л емпература равна
-ПОК _ t ,_______91 п_________ _
‘Н — (ВОЗД Т -и< . А? ч —
яИиз (dH + 28ЛОК)
.______________1т 1возд_________________
[1 + айз(С + 28noh)] X
1 , с 1
х ------In—”- ч---------------------
2Х, JTp / л"3 \
|_2.л.из «н . / . Дн \J
' пок! 1 + О 1
\ ^пок/
(10 196)
Для решения обратной задачи определения необходимой то тщины изоляции по заданным тепловым потерям изолированного трубопровода т е величины 8ИЗ или J„3 при известных значениях п, гт — 1ВОЗД } из и аиз, формулу (10 17а) целесообразно представить
Таблица 10.2. Значения параметра риз при значениях пари мс i рои 0.0М ?.О
и циз = 0,020 0,400
Параметр A«-, = 5из/<А|Р Параметр циз = (1.30(1 О, 1 >0
0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,150 0,200 0,25(1
0,025 0,068 0,087 0,106 0,125 0,144 0,192 0,239 0,287 0. з 34 0, 38 1
0,050 0,113 0,132 0.150 0,168 0,186 0,232 0,277 0.32 3 0,368 0,41 3
0,075 0,157 0,175 0.192 0,209 0,227 0,270 0,314 0,357 0,401 0,444
0,100 0,199 0,216 0,232 0,249 0.266 0,307 0,349 0,39 I 0.4 3? 0.4 74
0,125 0,239 0,255 0,271 0,287 0,303 0,343 0.383 0,4? 3 (1.46 3 0,50 3
0,150 0,278 0,293 0.308 0,324 0.339 0,378 0,416 0,455 0.49 3 0,532
0,175 0,315 0,330 0,345 0,359 0,374 0,41 1 0.448 0,485 0 5.’.’ 0.559
0,200 0,351 0,365 0,379 0.394 0.408 0,444 0.479 0,5|э 0 551 0,586
0,225 0,385 0,399 0,413 0,427 0,440 0,475 0,509 0,544 О 5/8 0,61.3
0,250 0,419 0,432 0,446 0,459 0,472 0.505 0,5 V) 0,5 72 0 605 0,639
0,300 0,482 0,495 0,507 0,520 0,5 32 0,56 1 0.S95 0 (i ’6 0 (.5 / 0,689
0,350 0,542 0,554 0,566 0,578 0,589 0,619 0,648 0,()/8 0. /0 / 0,736
0,400 0,599 0,610 0,621 0,632 0,643 0,671 0,699 0,7м 0 /5 | 0,782
0,450 0,652 0,663 0,673 0,684 0,694 0,721 0,747 0,773 0.800 0,826
0,500 0,703 0,713 0,723 0,733 0,743 0,768 0,793 0,818 0 8 13 0,868
0,550 0,751 0,761 0,771 0,780 0,789 0,8 13 0,837 0,861 0,885 0.908
0,600 0,797 0,807 0,816 0,825 0,834 0,857 0,879 0,902 0 9 ’5 0.947
0,650 0,842 0,850 0,859 0,868 0,876 0,898 0,920 0,942 0,9(> 3 0,985
0,700 0,884 0,892 0,900 0,909 0,917 0,938 0,959 0,980 1,001 1.021
0,800 0,963 0,971 0,979 0,986 0,994 1,013 1,032 1,052 1.0/1 1.090
0,900 1,037 1,044 1,051 1,058 1,065 1,083 1,101 1,1 19 1,13/ 1 154
1,000 1,105 1,112 1,119 1,125 1,132 1,149 1,165 1,182 1,1 99 1.215
1,100 1,169 1,176 1,182 1,188 1,194 1,210 1.226 1,241 1,257 1,2/2
1,200 1,230 1,236 1,241 1,247 1,253 1,268 1,283 1,297 1,312 1.32/
1,300 1,286 1,292 1,298 1,303 1,309 1,323 1,337 1,350 1,364 1,3/8
Г,400 1,340 1,346 1,351 1,356 1,361 1,374 1,388 1,401 1,414 1,42/
1,500 1,391 1,396 1,401 1,406 1,411 1,424 1.436 1,449 1,461 1,474
1,600 1,440 1,445 1,449 1,454 1,459 1,471 1,483 1,495 1,506 1,518
1,800 1,530 1,535 1,539 1,543 1,548 1,559 1,570 1,580 1,591 1,602
2,000 1,613 1,617 1,621 1,625 1,629 1,639 1,649 1.659 1,669 1,679
в следующем виде:
-в-^= 1п(1 + 2 Аиз) +
_____2^-ИЗ_____
aH3dJp(l+2АИЗ)
(10.20)
Для решения уравнения (10.20) относи юльно АИ) рекомендуется использование метода последовательных приближений [138]. Между >ем д >я решения обеих задач — онредепения icii юных noiepi. июпяциоппых к о 11 с । ру к । щ 11 при ia i.tiiiii.ix । о и 11 in n.i x июня-iiiiii nan )i иx in ilium no i.ii.i n 11 i.iм icirio ui.iM iioicpiiM loiiaio'ino oiiioil ijiiiiini.i lipil V< lolillll llpl'ol >p I loilllllliH (|iopM\ n.i (10 '()) 1.1 ( 'К' I OIK II IIIOI l|l\ X l>( 11 l.l I MC| ll 11,1 x 11,l|>.I M< i рои помимо парами i pa \n, nll( ,1^'. ,i IlMCIII lo
p„, — '...> (Hi
*/i и
pl(1 2?vH)/cxHp (10 20Ю
Пирный in них параметров xap.iKiepii ।\сi oMMiipiioe термическое сопротивление и ю 1ЯШЮППОЙ конструкции, а второй — интенсивно!, и. 1сплоотдачи с ее наружной по-
(I lull
(I I <0 (I г-м О 188 (I 5|(, ()<|< 0,5 '(I (I, 5>и, (),<> ’ 0,64 / 0,6/1 0,720 0,766 O.K 10 0.852 0,893 0,932 0,970 1,007 1,042 1,109 1,172 I М2 1.288 I Ml I. 39? 1.440 1,186 1,5 30 1.61 3 1,680
верхности. Используя три безразмерных параметра по формулам (10.18), (10 20а) и (10.206), формулу (10.20) можно представим,:
риз = 1п(1 + 2АИЗ) + -. (10.21)
1 + 2 Аиз
Если составить таблицу значений параметра риз при различных значениях параметров Аи, и циз, то, пользуясь этой таблицей, можно по заданным Аиз и циз опре-це чин. р„„ а пнем и тепловые потери:
2я^-и)0| Ош,л)
( К)21а)
( 1111 lx । (11111.11 > мои же |,П> НПН.1 по ia (ап-
III.IM m.i'icniiiiM </, ,, и in р,,, л 1акже рН| хи 1,1,1111 опрс п mil. \„, lo niiiuiy и ю |яции X 1 1 I*
‘ill 'll luII
II I .III I 10 1 II lol'H'i I нс III ходных при-ii>iii,i ин 11 pna и.i 111. i •! e 111111 n.tp.iMcipa Аиз = oi o,o’5 .io .’.о, а параметра
)iH1 'Y_ ni o.o.’o io 0,40 I) утих npe-
'Gn'/i'i1’
I S2
делах значения риз находятся в интервале 0,07- 1,7.
Если требуется определить толщину изоляции при заданной температуре ее поверхности t„3, то следует исходить из формулы (10.17), которую также можно преобразовать в соотношение между тремя безразмерными параметрами, а именно:
^(1+ jA.JInJ!+2 М (1022) Р-из
Здесь безразмерные параметры Лиз и циз характеризуются приведенными выше формулами (10 18) и (10.206), а третий параметр ти) яв 1яе1ся безразмерным отношением разностей температур:
t - гиз ?из= изт_ н -• (10 22а)
^возд
Отсюда г”3 = твозд + ——(возд . (10.226)
1 + *из
Поскольку формула (10 22) проще аналогичной формулы (10.20а), для расчетов по ней достаточно приведенной табл. 10.1, в которой помимо значений ln(l +2Д) при различных значениях Д в интервале 0,025 — 3 добавлена графа соответствующих значений произведения (1 + 2Д)1п(1 + 2Д). Используя 31 у таблицу, можно либо находить значения rHJ при заданных значениях Д,13 и |диз, т е определять искомую температуру поверхности изоляции г“3 по известным температурам тн и 1ВО)Д, а также по значениям d„p, ^из, ^из и аиз> либо, наоборот, находить значения Диз при заданных значениях тиз и циз, т. е. определять искомую толщину изоляции 8ИЗ по известным температурам тг, твозд, Гц3, а также по значениям d^p. kH3 и аиз. Определение толщины изоляции по заданным значениям гепловых потерь изолируемого трубопровода, пользуясь описанной выше методикой, чаще всего приходится выполнять, исходя из нормативных значений этих потерь. Такие нормативные значения обосновываются технико-экономическими расчетами, в которых оцениваются возможности снижения тепловых потерь либо за счет увеличения толщины основного изоляционного слоя, либо изготовления этого слоя из более эффективного материала В обоих случаях такое снижение связано с увеличением капитальных вложений в изготовление изоляционных конструкций, которое должно окупаться экономией теплоты, достигаемой за счет снижения годовых тепловых потерь изолируемого трубопровода.
Методика технико-экономических расчетов изоляционных конструкций примени
тельно к различным типам прокладки тентовых сетей приведена в [147, 148, 165] Получаемые в результате расчетов оптимальные значения толщины основного изоляционного слоя для нескольких наиболее перспективных и экономичных конструкций и соответствующие им значения тепловых потерь принимаются за основу при нормировании этих потерь. Такие значения помимо технических показателей конструкций зависят также от их режимов работы (средняя продолжительность эксплуатации изолированных трубопроводов в течение года и соответствующие средние температуры теплоносителя и окружающей среды) и от соотношения между удельными капитальными вложениями в изоляционную конструкцию, отнесенными к 1 м3 ее объема в деле, и принятой стоимостью единицы теплогы (руб/ГДж).
В табл. 10.3 приведены нормированные тепловые потери при воздушной прокладке тепловых сетей по ВСН 354-75, которые в настоящее время перерабатываются [64]
Помимо нормированных удельных тепловых потерь ЗтТ'4- Вт/м, при средних температурах теплоносителя г3р = 50, 100 и 150 °C и средней температуре окружающего воздуха ?вРзд = 5 °C в табл 10.3 включены соответствующие им значения удельных нормативных тепловых потерь q¥„, Вт/(м-К), т е. приведенные к 1 °C разности температур и подсчитанные по формуле
4тТ 2лХИ2.=
?ТП ССР-^зд Риз
—-In 1 + 1-------
2киз \ d$> J аИз^р(1 + 28из)
Как видно из табл. 10 3, значения нормированных тепловых потерь q^M при повышении расчетной разности температур Др — 1вРзд возрастают пропорционально примерно квадратному корню ]/t3p - г^зд Такая пропорциональность является точной в случае изоляции плоских или слабо искривленных поверхностей. Поэтому при определении значений нормированных гепловых потерь г?тОрм (при температурах г3р и 1ВР33), несколько отличающихся от указанных в табл. 10.3, следует для пересчета использовать соотношение
/—.ср _ .ср
^норм = (4Н0Птаб1 / (10.23а)
' ‘т :возд
где (^т°прм)табт — табличные значения нормированных удельных тепловых потерь при температурах т^орм и (ВоРд-
153
Таблица 10.3 Нормы удельных тепловых потерь <?HTopM, Вт/м, и приведенных тепловых норм
ПО! ерь <?-Д =--------------- Вт/(м' К),
для изолированных поверхностей трубопроводов при воздушной прокладке [64]
На- Нормированные Соотве гствующие
руж- значения удельных значения приведен-
ные тепловых потерь ных тепловых по-
диаметры 1 рубо-прово- Вт/м. температурах носителя при гепло-С >ерь Вт/(м К), при разностях температур fCp - /врзл. С
ДОВ
- 50 100 200 -15 95 195
0,048 20 33 70 0.44 0,34 0,36
0,057 22 38 76 0.49 0,40 0,39
0,076 24 43 86 0,54 0,45 0,44
0,089 28 48 93 0,62 0,50 0,48
0,108 30 53 101 0,67 0,56 0.52
0,133 35 59 ИЗ 0,78 0,62 0,58
0,159 38 66 123 0.85 0,70 0,63
0,219 47 81 148 1,03 0,86 0,78
0,273 53 92 164 1,19 0,97 0,84
0,325 62 102 181 1,37 1,08 0,93
0,377 69 114 199 1,52 1,20 1,02
0,426 76 123 219 1,68 1,30 1,12
0,476 81 134 229 1,81 1,41 1,17
0,529 88 144 250 1.96 1,52 1,28
0,630 102 164 281 2,27 1,73 1,44
0,720 114 181 309 2,5.3 1,91 1,59
0,820 127 200 342 2.82 2,11 1,75
0,920 138 223 373 3,08 2.35 1,91
1,020 150 241 400 3,33 2,53 2,05
Примечания 1 Значения удельных нормированных тепловых потерь относятся к среднегодовой температуре окружающего воздуха ;Срзд = 5С и годовой продолжительности изо тированных трубопроводов более 5000 ч
2 Значения приведенных уде тьных тепловых потерь получены делением соответствующих удельных нормированных значений этих потерь на средние значения разности температур !3Р — ^рзд, равные 45, 95 и 195‘'С
10.3. Тепловые расчеты при подземной бесканальной прокладке тепловых сетей
Разнообразные консл рукции подземной прокладки трубопроводов тепловых сетей могут быть сведены к двум типам. Первый из них характеризуется наличием воздушной прослойки между поверхностью изолированного трубопровода и специальной строительной конструкцией, размещенной в I рунте и называемой каналом или туннелем. При отсутствии такой строительной конструкции различные виды подземных прокладок называются бесканальными. При расчете тепловых потерь к бесканальным должны быть также отнесены изредка применяемые прокладки, у которых между строительными конструкциями и заложенны
ми в НИХ ИЮЛИрОВ<Т111Н.1М11 I руилмн |<< I I iyin ная прослойка нйю <>к v к ihm i чи<н» сводится к монтажному та i<ip\
Тепловые потери ipyt)<>ii|>i)in> ion при бесканальной прокладке завися! <>i iciiho-проводности окружающею массив.! ipynia, а также от условий распространения в нем тепловых потоков от трубопроводов lnkiic условия являются наиболее простыми нрн прокладке непосредственно в грунте одно! о трубопровода, и потому изложение методики тепловых расчетов при бесканальной прокладке целесообразно начать с однотрубных конструкций, хотя они редко применяются в тепловых сетях Наличие теп toot дающей поверхности грунта вблизи трубопроводов тепловых сетей при их подземной прокладке приводит к тому, что на одном и том же расстоянии от оси трубопровода температуры грунта оказываются наинизшими в направлении вверх и наивысшими в направчении вниз по вертикали.
Распределение температур в массиве грунта и соответствующие суммарные тепловые потери горизонтально уложенною нагретого трубопровода поддаются точному расчету только при допущении постоянства теплопроводности грунта, а также его температуры как по всей поверхности такот о трубопровода г?1, гак и по поверхности грунта г?£в. В этом случае, как показывают расчеты, температура грунта в любой точке его сечения, перпендикулярного оси трубы наружным диаметром </Jp, на расстоянии этой точки от вертикали, проходящей через центр сечения трубы, равном х, и при ее заглублении от поверхности грунта, равном у, определяется уравнением
Ггр = + ЙР - ?Т) Х
(10.24)
Соответствующий суммарный тепловой поток от трубопровода, уложенного без изоляции в грунт, г. е его тепловые потери на 1 м длины, 4?тп, Вт/м, равны
.тр fnOB ___________ч р __ Цлп-
Кгр
(10.24а)
В формулах (J0.24) /1 — заглубление оси трубопровода от поверхности грунта, м; Хгр — теплопроводность грунта, принимаемая постоянной для всего массива, Вт/(м К); Rrp — термическое сопротивление массива грунта вокруг трубы, мК/Вт: R'’=d”ln + /ОгУ-Ч- (,0-246> 2пЛгр dH ! уац / [
Как и при воздушной прокладке (см. § 10.2), в формулах (10.24) температуру наружной поверхности трубы г„р можно без ущерба для точности заменить на температуру теплоносителя, движушегося по трубе, тг, а также рассматривать эту темпе-paiypy как одинаковую по всей окружности сечения трубы.
Поскольку укладываемые в грунт трубопроводы гепловых сетей снабжаются тепловой изоляцией, формулы (10.24) должны быть дополнены с учетом термического сопротивления этой изоляции. При этом в современных конструкциях бесканальной прокладки тепловая изоляция наносится на трубы до их укладки в грунт и выполняется, как и при воздушной прокладке, из нескольких цилиндрических слоев, концентричных трубе. В этом случае средние температуры поверхности каждого слоя примерно соответствуют подсчитанным по приведенным в § 10.2 формулам для радиальных тепловых потоков в этих слоях. При таком допущении формулы (10.24) могут быть распространены также на изолированные трубопроводы, если в них заменить наружный диаметр трубы с7нР на наружный диаметр изоляционной конструкции (<(и0К при наличии и d”3 при отсутствии покровного слоя), а температуру наружной поверхности грубы ?нР — на температуру наружной поверхности этой конструкции (Гн0К или Т„3)
Для определения тепловых потерь изолированной трубы, уложенной в грунт, можно использовать формулу (10.11а), если в ней рассматривать термическое сопротивление Rrp массива грунта вокруг изолированного трубопровода как слагаемое, заменяющее сопротивление теплоотдаче от наружной поверхности изоляции к воздуху' RB0,a при воздушной прокладке. Тогда для суммарного термического сопротивления при однотрубной бесканальной прокладке, пренебрегая, как и при воздушной прокладке, слагаемыми RT и RTp, можно получить:
RKcyM = Яиз + Кпок + Кгр. (10.25)
Используя формулу (10.246), для термического сопротивления грунта вокруг изолированного трубопровода при наличии покровного слоя получаем выражение
Развернутая формула для определения тепловых потерь изолированного трубопровода с покровным слоем при однотрубной бесканальной прокладке имеет вид
Rh3 "L R|1OK 4" Rrp
(10.26a)
_________________________
1 J”’ 1 ,
7—ln .Tp + f 1п“7иТ + ЛИз “H ^uok U]f
При отсутствии или незначительности термического сопротивления кокровно! о слоя в формулах (10.25) и (10.26) следует заменить Гн°к на t”3, а — на так что вместо формулы (10.26а) получим
Rm + ^гр
(10.27)
При этом для температуры наружной поверхности изоляции получается выражение ди f Rm(^T ~ 6р ) люв . ^гр(1 г ~~ frp ) Гм = Гт-------------с--= Гго “г --t—-----£— =
+ ^?гр Rm Лгр
f __ .ПОВ
= и-------------------------------. (10.28)
Для упрощения расчетов по формулам (10.24) — (10.28) целесообразно ввести безразмерный параметр, равный отношению глубины заложения трубопровода /? к потовине наружного диаметра изоляционной консгрук-ции: Дгр = 2Й/^ОК (10.28а)
При отсутствии покровного слоя следует принимать в этой формуле с/"ок = с/н\ а для неизолированных труб <7н°к = ^иР- Безразмерную величину ргр =-- 2nArPRrp можно охарактеризовать как удельное термическое сопротивление массива грунта вокруг трубопровода, равное
ргр = 27tX.ipRrp = In [Дгр 4 ]/(zVp)2 ~ !]• (10.29)
В табл. 10.4 приведены значения ргр по формуле (10.29) при Д1р = 2-т-20, находящиеся в интервале 1.3 —3,7.
155
Таблица 10.4. Удельные термические сопротивления массива ipyinu рч, при п<ч'кннал1>11ои прокладке трубопроводов по формуле (10.29)
Относительная глубина за- 2 1,317 2,5 1,567 3 1,760 4 2,063 5 2,295 6 2,478 7 2,634 8 2,769
ложепия трубы АГр = 2h/C Удельное термическое противление грунта Ргр ~ In [Агр |/(АГр) — со- 1]
Относительная глубина ложения трубы Агр = 2Й/^3 за- 9 10 12 14 16 18 20 -
Удельное термическое противление грунта Ргр = In [Агр + |/(Агр)2 - со- 1] 2,887 2,993 3,178 3,332 3,467 3.581 3,689 —
При расчетах по формулам (10.27) и
(10.28) значения величин In —— = In (1 + 2ДИЗ) ЯиР
Температура в побои ючке грунта вокруг изолированною i рубоиронола в соответствии с формулами (10.24) и (10.26а)
, 2h
и|п
= 1п [Агр + ]/(Агр)2 — 1]
могут быть заимствованы из табл. 10.1 и 10.4. Как явствует из табл. 10.4, при значениях Агр > 4 значения In [Агр + |/(Агр)2 — 1] меньше 1п(2Агр) не более чем на 1 %. Поэтому при встречающихся на практике значениях А1р формулы (10.26) — (10.29) можно упростить. При этом помимо параметра А|Р по формуле (10.28а) целесообразно использовать параметр Аиз = Зиз/г/нР по формуле (10.18) и выражение для Диз по формуле (10.17а). В результате при отсут-сшии покровного слоя получаем
составляет
(10.31)
Эту формулу <акже можно сущест-
венно упростить, если в cooi вегствии с преды-
__ In (2Агр) 2лХгр
(10.29a)
дущим принять
а по-
__2л(1т —<грВ)
1 . ~d"3 1 . 4h
) П + X П dm 'ЧП UH A-i p «Н
этому In получим
Тогда
гр = + (tT - trnpB) X
inL-JL х2 + (h - y)2
2я(/, - rj'p’j
, 1 In (I + 2АИ1) + 1 In (2A,P) X, p
(10.30)
Э ^rP In I In
2 1 1П^+1П^
__ А-ИЗ “Н «Н
(10.31a)
_ ПОВ
T--------7 . • (Ю-ЗОа)
। । Аиз In (2Arp)
Хгр In (1 + 2АИЗ)
При подземной прокладке трубопроводов вблизи поверхности грунта температуру этой поверхности уже нельзя считать повсюду одинаковой, как это было принято при выводе формул (10.24) — (10.31). Действительно, температуры поверхности грунта должны быть максимальными на участках, расположенных над осью трубопровода, и постепенно убывать по мере удаления от этой оси
156
и uuv viupvHbi. ivdK UUVlUXHHJfU При ЛОМ можно рассматривать только температуру воздуха Гвозд над поверхностью грунта.
Простой и достаточно точный способ учета теплоотдачи от поверхности грунта воздуху основан на том, что эта теплоотдача может быть приближенно представлена как соответствующая теплопроводности некоторого фиктивного слоя грунта, размещаемого над этой поверхностью и имеющего толщину бГр = ^р/йвозд [148, 164]. Тогда в приведенных выше формулах для определения тепловых потерь трубопровода фактическая глубина его заложения h от поверхности грунта до его оси должна быть увеличена на юлщину фиктивного слоя грунта, т. е. принята равной h + ХГр/аВозД- При этом можно сохранить формулы (10.29а), (10.30) и (10.30а) за счет корректировки выражения для безразмерного параметра Дгр, который без учета фиктивного слоя определяется по формуле (10.28а), а с его учетом при отсутствии покровного слоя равен
2 / 3 \
Д-Р = -р5гР+ -Г-Р- • (Ю.32)
Ян \ С^ВОЗД /
При использовании формулы (10.32) можно принимать в качестве ориентировочного значение авозд = 9 Вт/(м2-К).
Формулы с учетом фиктивного слоя грунта также могут быть значительно упро-
2 / х. \
~ “йГ1 + —LE_)- Соответствующие упроси \ ®возд /
щенные формулы таковы:
гиз = fH
(10.33а)
f _ t . h___________f B02£ x
<тр “ ‘ВОЗД ' 2 А
(10.34)
(уПОВх _
Огр /макс —
В03Д 3 ДИЗ A-I Pi Cl р
Хиз“'^Р
(£1 — £возд)1п( 1 + - ^^ГР -j \ и^возд/
In-H + In — (h +
1 ДТР т дИЗ I
МН \ ^ВОЗДу
авозд/_
(10.34а)
Значения (СгрВ)Макс по формуле (10.34а) соответствуют максимальной температуре по-верхности грунта над осью трубопровода, при х = у — 0. Если получаемые при этом разности температур (гРрв)макс — Гвозд меньше 3 °C, что возможно при малых разностях температур t”3 — t°pS, а также больших значениях отношения h/d"3, то влиянием тепловых потоков от изолированных трубопроводов на температуру поверхности грунта можно пренебречь. Однако в этом случае нельзя исходить из температуры поверхности грунта как расчетной, поскольку эта температура подвержена резким колебаниям в суточном разрезе и не указывается в справочниках [99]. В таких случаях следует в формулы (10.25) - (10.30) подставлять в качестве расчетной вместо температуры t?pB поверхности грунта его естественную температуру на глубине заложения оси трубопровода tfp. Такие температуры, замеренные на глубинах от 0,4 до 3,2 м от поверхности и приведенные для различных пунктов в [99], а частично в прилож. 3, следует принимать при расчетах тепловых потерь в месячном или годовом разрезе.
Определение необходимой толщины изоляции при заданных тепловых потерях трубопровода в грунте без учета небольшого изолирующего эффекта покровного слоя основано на использовании формул (10.21) и (10.30), преобразованных следующим образом:
_ _ 2лХ.из (tT trp) риз —
Ят п
(10.35)
Отсюда
оиз = In ^- = In (1 + 2АИЗ) = ЯН
4 h
Риз^-гр — ^-из In Тр
= —7—(1О-З5а)
Все величины, стоящие в правой части уравнения (10.35а), являются при расчете заданными. Поэтому по величине оиз можно
157
наиги искомую толщину изоляции:
8ИЗ = Лй Л р = | (еп'« - 1). (10.36)
, ЧП 1п
RJP-
1 2тЛ,г
in < ’а;'г> 2ttA, ,,
(1(1 40а)
Этот способ применим и при учете сопротивления теплоотдаче от поверхности грунта воздуху. Для этого достаточно принять
Для двухтрубной бесканальной проклад-в оглпчие от однотрубной применимы
'из
^грРиз ^-113 1^1
4 Л >-гр
й+ __гр
"Н \ ^возл.
^тр ’ ^-иэ
(10.37)
Методика расчета гепловых потерь и температурных полей в грунте при укладке в нем любого количества труб подробно изложена в [147, 148, 164]. Ниже приведены полученные с помощью этой методики формулы для наиболее часто встречающегося случая прокладки на одной глубине двух груб — подающей и обратной — одинакового диаметра JhP. но с различными температурами теплоносителя 6 и tr, причем Гт больше г'т, а потому и с разными толщинами основного изоляционного слоя. В этом случае тепловые потери каждой из труб б/'т п и 4т п составляют
ки
упрощенные форму 1ы (10.29а) Особенностью прокладки этого типа является необхопи-мость учета термического сопротивления R12. отражающего взаимодействие тепловых потоков в массиве грунта от соседних труб. Эго термическое сопротивление R12 определяется отношением i дубины заложения обеих труб h к расстоянию между их осями по горизонтали Au, а нигде теплопроводностью грунта лгр и не завиип ни от диаметра труб, ни от характеристики их изоляционных конструкций
In
R12 —
2тгХгр
(10.41)
г —^ГрХ-^ИЭ 4~-Rrp) (G 4*р)^12 /<л по.
qin ’ (K;„+KI'pXK"3+R';p)-Rf2 ’
По аналогии с удельным юрмическим сопротивлением грунта ргр по формуле (10.29) можно ввести безразмерный параметр р12, характеризующий влияние взаимодействия тепловых потоков соседних труб и равный
— ^ГрХ^ИЗ 4~/?гр!______(]т__1гр)^12 (10 38 т)
(7?'3 + я;рХ/?из + Кгр>-к?2
Р12 = 2nArpRu = In
В этих формулах R'H3 и R'm — термические сопротивления основного изоляционною слоя соответственно для подающей и обратной трубы, определяемые по форму нс (10.2а):
= yln(l + 4xi2). (10 41а)
Здесь
х12 = Й/А12. (10.42)
К».= UO.39)
2лХиз dH 2л7. из \ dH j
I ^из 1 , / , 28иэ \
-In ——-----------п 1 -|------S3- .
2тгА'3 V ’
2лХиз
(10.39а)
Здесь о'и1 в 8из - толщины основного н 1011Я11ИОНН01 о слоя соответственно для полнощен и обраиюй грубы при теплопро-НО11КК1И )1ИХ С 1ОСН VHJ и Х'й3. Поскольку н in 1ЧЦНОННЫЙ I чой на обеих трубах обычно 1Н.Н1ОНЫС1СЯ hi одною и тою же матери । 1.1 можно нринимап. Х'из = Х'й3 — \„3. Зна-ч< пн» н рмнческого сопротивления грунта ini ю к,п hi изолированных груб в соот-ы и, инп i упрощенной формулой (10.29а) < ।>< 1.1)1 О1Н>1
В табл. 10.5 приведены значения удельного термического сопротивления pi2. подсчитанные по формуле (10.41а) при значениях параметра хи = 0,6- 8 и находящиеся в интервале ри = 0,5 — 2,8 Учет параметра Ri2 или р12 приводит к снижению тепловых потерь каждой из труб по сравнению с их одиночной прокладкой, причем это снижение тем больше, чем больше Ru или ри, т. е. чем меньше расстояние в осях труб А и при заданной глубине их заложения h. Масштабы этого снижения зависят также от соотношения между температурами теплоносителя t'T и г" для каждой из труб, представленного в виде безразмерного параметра
Тт = '4МК (Ю.42а) 6 - t?P
In 4-
R\р - -^«2- = (10.40)
В двухтрубных водяных сетях разность средних температур воды и грунта в подающих трубопроводах t'T — г[р всегда существенно выше, чем в обратных Г 3 — Г?р, так что
158
i rtujiMUd ю.д удельное (ермичесьое сопротивление за счет взаигиотействия тепловых потоков в грунте рр при двухтрубной бесканальной прокладке трубопроводов по формуле (10.41а)
Отношение 1 дубины заложения груб k к расстоянию между их ося- ми х = /г/А'р Параметр pt, --- ~1п(1 + 4х?_) 0,6 0.496 0,8 0,635 1,0 0,805 1,2 0.955 1,4 1,090 1,6 1,210 1,8 1,318
Отношение т дубины заложения труб h к расстоянию к^ между их о. ями Х12 ~ ^’К\г 1 ? 2,0 2,5 3,0 3,5 4.0 4,5 5,0
Параметр р.Л — - 1п(1+4х7;) 1.417 1,629 1,805 1,95b 2,087 2,103 2 q07
Отношение глубины заложения труб h к расстоянию к между их осями ХГ2^“Л'^12 5.5 6,0 6,5 7,0 7,5 8
Параметр рк2 = -~ 1п(14-4х[2) 2,402 2,488 2 568 2,642 2710 2,775
значения тт в средне! оловом разрезе составляют 0,45 — 0,65. в частности для отопительною периода 0,40 — 0,55, а для летнего 0,60-0,75.
В святи с этим толщины основного изоляционного слоя для обратных трубопроводов целесообразно принимать меньшими, чем для подающих, i. е R'm > R"13, но
К' | R'
при этом отношение —12- обычно не
Киз + R'rp
Г'т - ГГГ 1 D превышает отношения---------. В та-
t'r - fFp Тт
ких условиях значения числителя в формуле (10.38). а стало быть, и тепловых потерь подающего трубопровода ни при каких возможных соотношениях величин R„3-t R'ip и Ru не могут стать равными нулю. Вместе с тем в соответствии с формулой (10.38а) такое обращение в нуль числителя в этой формуле, а стало быть, и тепловых потерь обратных трубопроводов в принципе возможно, для чего достаточно соблюдение соотношения
(t;-tPp)(R'„3 + Rrp) = Лц(Гт - tfp). (10.43)
Значения R12. а также к 12, удовлетворяющие равенству (10.43). можно охарактеризовать как предельные; они составляют
к?? = тт(к«3 + к;р).
-ПЕ =______- . -~п__________
" * ' Г Хтр
/[2Д;р(1+2Д^из]2гт_1
(10.43а)
(10.44)
Расчеты по форму ле (10.44) для характерных интервалов значений h Дгр и Д(П, а также при тт = 0,40-0,75 покатывают, что получаемые таким путем величины к$ оказываются меньшими, чем практически принимаемые расстояния в осях изолированных труб, а потому обращение в нуль тепловых потерь обратных трубопроводов не наблюдается.
Приведенные выше формулы для определения тепловых потерь при двухтрубной бесканальной прокладке могут быть подвер! -нуты той же корректировке, что и в случае однотрубной прокладки при необходимости учета наличия покровного слоя [см формулу (10.26а)] или теплоотдачи от поверхности грунта омывающему его воздуху. В последнем случае в этих формулах следует заменить г?р на гВ(Пд, а фактическую глубину заложения трубопроводов д — на увеличенную с
учетом фиктивного слоя /' -I---.
'Увозд
Для определения температуры в любой точке массива грунта rtp вокруг двухтрубной бесканальной прокладки используется формула, являющаяся обобщением упрощенной формулы (10 31а) для однотрубной прокладки.
бр = 1Рр + In 1 + ——J + 4ТГЦ, х7 + (h - v)‘ J
+ ГГ ~1п Г1 + ----• (1 °'45)
4лАтР |_ (x-ki2) + (И-})2 _
159
Здесь значения <j'T п и q\ п определяются по формулам (10.38), а за ось у принята вертикаль, проходящая через центр сечения подающей трубы. В формуле можно также учесть теплоотдачу от поверхности грунта воздуху, если заменить в ней t[p на гвозд и h на aid h н---. а координату у на у н------
®возд ^возд
При 31 ом для температуры в любой точке поверхности грунта, полагая у — 0, получаем
,пов _ ЧТ П |
гр *ВОЗД Г л 11 ’
4лХ.гр
\ ^возд.
^воч.1 (х h )
+
д i п
4лХ.гс
\ авозд/
аВозд [(X - к12)2 + й2] _ (10.45а)
Здесь q\ п и q'j п также должны подсчитываться с учетом замены в формулах (10.40) и (10 41) величины h на h -|—^Е-. В авозд отличие от однотрубной прокладки, при которой максимальная температура поверхности грунта (1пов)макс всегда имеет место при х = 0, см. формулу (10.34а), в случае двухтрубной бесканальной прокладки эта
температура может соответствовать различным точкам этой поверхности, но обычно в интервале значений х = (0,2-ь0,4)к12.
Для определения необходимых толщин и юляции подающих З'из и обратных 8B3 |рубопроводов по заданным величинам их । силовых потерь q'T п и q'r п, а также по и шестой величине R12 (или Pi2), поскольку она нс швисит от этих толщин, см. формулу (10 41), целесообразно представить формулы (Ю 18) и i чедуюгцем виде:
'/1 и (К к । I R । р) + q 1 nR12 — tT trp,
(10.46)
•/1 и (KH । 1 К । p) 1 7т n-^12 rr ~~ 4-p- (10.46a)
t K ',P =
(10.47)
(10.47a)
Iiikhm образом, определение толщин 1НН11ЯП11И, соответствующих заданным тепловым поюрям при двухтрубной бесканальной прок ыдкс, с помощью формул (К 47) может im.iii. тедепо к этому определен! раздельно лчя каждой трубы при ее одиночной прокча ihc Используя соответствующие фор
мулы (10.35) и (10.36) для но laioincH ipyOw, находим
Риз = —г^- =2плИ1(кИ1 ! к;р) =
7т п
= -tPp-^n«i2), (10.48)
7т п
о'из = In (1 -I- 2А'ИЗ) =
-tfp-^nK^-^in—-= ---------------------Йтр_ (10 48а)
Х,р — Лиз
Отсюда искомая толщина изоляции для подающей трубы составляет
5ИЗ= у^р(^в- 1). (10.49)
Аналогичные формулы для определения значений ри3, oB3 и 8'й3 применительно к обратной трубе могут быть получены путем замены в формулах (10.48) и (10.49) значений Гт на Гт, q'-rn на q\ „ (или наоборот) и Аиз на АИз-
В случае надобности в них формулах может быть учтена теплоотдача от поверхности грунта омывающему ее воздуху. Этот учет сводится к корректировке формул для значений р'из и ри3, в которых следует заменить г[р на гвозд, а также для <7'из, Оиз и Ri2 с заменой в этих формулах h на h 4—^1£_ авозд
Определение толщин изоляции по заданным значениям тепловых потерь при двухтрубной бесканальной прокладке производится исходя из нормативных значений этих потерь. Такие значения приведены в нормах (ВСН 399-79) [65]. Структура норм существенно отличается от аналогичных норм тепловых потерь при воздушной прокладке [64]. Так, нормы [65] относятся только к двухтрубным водяным тепловым сетям при бесканальной прокладке, а не к любым изолированным трубопроводам, как это имеет место в [64]. Кроме того, в [65] нормативные значения тепловых потерь приведены отдельно для подающих и обратных трубопроводов водяных тепловых сетей, а также суммарно по э I им трубопроводам.
Включение таких суммарных значений обосновывается тем, что из-за ограниченности сортамента толщин изоляционных изделий соблюдение за их счет нормативных значений тепловых потерь отдельно по подающим и обратным трубопроводам часто неосуществимо, особенно для обратных
160
Таблица 10.6. Нормы удельных потерь Вт/м, и приведенных тепловых
норм
потерь -----, Вт/(м-К), для изолированных трубопроводов при двухтрубной беска-
Лр - /ср 1 с up
нальной прокладке водяных тепловых сетей |65|
Наружные диаметры трубопроводов </др, М Нормированные значения удельных тепловых потерь для подающих и обрашых трубопроводов. а также их суммы. Вт/м, при средних годовых температурах сетевой воды Соотве1ствующие значения приведенных тепловых потерь для подающих и обратных трубопроводов, а также их суммы, Вт/м, при средних годовых температурах сетевой воды
Подающий тру бо-провод = 'с. под = 90сС Обратный трубопровод ,ср к = (с. обр = 50 °C Оба трубопровода L ср , ,ср _ . 'с. ПОД~ ‘с ООр/ = 70 С Подающий трубопровод лр = ‘с под = 90 °C Обратный трубопровод >ср - = 'с. оор = 50 С Оба трубопровода 7 1'с.Рпод + гсРобр) = = 70 С
0,032 31 19 50 0,37 0,41 0,77
0,057 39 23 62 0,45 0.52 0,95
0,076 41 25 66 0.48 0.57 1,02
0,089 43 26 69 0,51 0,58 1,06
0,108 47 29 76 0,54 0,65 1,16
0,133 51 33 84 0.60 0,72 1,29
0,159 54 34 88 0,64 0,76 1,36
0,219 71 46 117 0,83 1,03 1,80
0,273 79 51 130 0,93 1,14 2,00 .
0,325 87 58 145 1,03 1,29 2,24
0,377 96 63 159 1,14 1,40 2,45
0,426 102 68 170 1,20 1,50 2,61
0,476 108 72 180 1,27 1,60 2,77
0,529 114 77 191 1,34 1,70 2,93
0,630 131 90 221 1,55 1,99 3,40
0,720 147 97 244 1,72 2,17 3,76
0,820 160 112 272 1,89 2,48 4,19
0,920 192 126 318 2,26 2,79 4,89
1,020 225 141 366 2,65 3,13 5,63
1,220 252 162 414 2,97 3,59 6,37
Примечания: 1. Приведенные значения нормированных удельных тепловых потерь относятся к средней годовой температуре грунта на глубине заложения труб тдр = 5°С и годовой продолжительности работы трубопроводов белее 5000 ч.
2. Значения приведенных удельных тепловых потерь получены делением соответствующих нормированных значений удельных iioiepb на средние годовые разности температур, равные 85 °C для подающего, 45°C для обратною и 65 С для обоих трубопроводов.
трубопроводов с малыми толщинами изоляции. Поэтому нормами [65] предусматривается возможность применения изоляции одинаковой толщины для подающих и обратных трубопроводов, с тем чтобы в таких случаях соблюдались нормы тепловых потерь суммарно по обоим трубопроводам. Далее, эти нормы базируются на трех графиках температур, соответствующих расчетным температурам сетевой воды t£noa = 95, 150 и 180 °C в подающих трубопроводах при общей для всех графиков расчетной температуре fp о6р = 70 °C в обратных трубопроводах (см. § 8.2). Соответствующие средние годовые температуры сетевой воды приняты равными в подающих трубопроводах tc под = 65, 90 и 110 °C при общей для всех графиков средней годовой
температуре в обратных трубопроводах Гсробр = 50 °C.
В качестве расчетной температуры окружающей среды во всех случаях принята средняя годовая температура грунта $ = 5 °C. Поскольку водяные тепловые сети проектируются с учетом их круглогодичной эксплуатации, а также с расчетной температурой воды в подающих трубопроводах, равной или близкой г£под=150°С (см. § 8.2), в табл. 10.6 приведены нормативные значения тепловых потерь только при средних годовых температурах од = 90 °C , ГсРбр = 50°С, г[Р = 5°С и при годовой продолжительности работы более 5000 ч. Кроме нормативных значений «Йорм, <?н°рм и <?норм + <7 норм в табл. 10.6 включены соответствующие значения удельных приведенных
6 Водяные тепловые сети
161
Таблица 107 Теплопроводность грунтов различной структуры и влажное!и по данным [8, 100, 138, 147]
Характеристика грунтов Плотность сухого грунта Рсух кг/м’ Порис тость р Теплопроводность сухого грунта ' сух Btz(m К) Т еплопроводность ?вп при массовой в 1ажн11х 1 рунюв
влажное!и им ''о
им °/ /о f ВТ Им °/ /о ВТ Им % ) ' ВТ
Пески и супеси 1200 0,54 0,20 12 0 94 24 1,31 36 1,55
1600 0,38 0,31 16 1,24 32 1,76 48 2,15
2000 0,23 0,56 20 2,03 40 3,08 — —
1600 — — 8 1,10 22 1,92 38 2,44
2000 — — 10 2,03 23 3,31 — —
Песок для строительных работ (ГОСТ 8736-77) 1600 - 0,35 2 0,58 - - -
Глины и суглинки 800 0,68 0,12 8 0 45 16 0,64 24 0,74
1200 0,54 0,20 12 0,62 24 0,86 36 1,00
1600 0,38 0 33 16 0 96 32 1,33 48 1,63
2000 0,23 0,58 20 2,00 40 2,60 — —
1600 — — 8 0,87 32 1,74 38 1,86
2000 — — 10 1,74 20 2,56 23 2,67
Гравий, дресва, щебень 2000 - - 10 2,03 16 2,73 23 3,37
Известняк 1400 0,49 3 0,58 — — — —
1600 — 0,58 3 0,81 — — —
1800 — 0,70 3 1.05 — — — —
2000 — 0,93 3 1,28 — — — —
Мрамор 2800 — 2,91 — — — — — —
Г ранит, гнейс, базальт 2800 — 3,49 — — — — — —
тепловых потерь, отнесенных к расчетным разностям температур tcP — £гр, равным 90 - 5 = 85 °C для подающих, 50 — 5 = 45 °C для обратных трубопроводов и -^-(85 + 45) = = 65 °C суммарно по обоим трубопроводам
Значения удельных приведенных тепловых потерь в табл 10 6, как и в аналогичной табл 10 3 для воздушной прокладки, предназначены для использования при пересчете нормированных значений этих потерь на другие средние годовые температуры сетевой воды под и *сробр, а также грунта tfg
В нормах [65] для такого пересчета рекомендуется линейная формула Однако, как видно из приведенных в табл 10 6 данных, при двухтрубной бесканальной прокладке подсчитанные по нормативным значениям у 1ельные тепловые потери для обратных трубопроводов при всех диаметрах труб больше, чем для подающих
Это объясняется снижением значений удельных тепловых потерь, как и при воздушной прокладке, по мере повышения 162
расчетной температуры теплоносителя, в данном случае с 50 до 90 °C Поэтому для бесканальной прокладки, так же как и для воздушной, ‘более точным является пересчет нормативных значений тепловых потерь на другие расчетные температуры t£p и *гр исходя из пропорциональности между этими потерями и квадратным корнем из разности температур, а именно
/ fCP _ fCP
с под с под / tc под_____________И 0 501
Чт п чт п норм / норм _ .норм’
' [с под £гр
„с обр с обр
Чт п — Чт п норм
fcP л _ fcP
Lc обр *тр х НОРМ хНОрМ 1с обр *тр
(10 50а)
При пересчете суммарных значений п°#орм + + Чт пбобр наименьшая погрешность достигается при использовании формулы
с под , ,с обр _ / с под , с обр X х
Ч т п ' Чт п — (Чт п норм Т Чт п норм? А
/•Ср /.ср _ 2гср
под ~ обр ^*тр (| Q 506)
хнорм j хНОРМ . ЛхНОрм
*с под обр гр
Для выполнения расчетов по приведенным выше формулам необходимо располагать значениями теплопроводности грунта 7.гр применительно к его характеристике на рассматриваемом участке подземной прокладки тепловых сетей.
В соответствии с размерами твердых частиц в пористых грунтах различают грунты глинистые с размерами частиц менее 0,01 мм, песчаные с размерами более 0,1 мм, а также промежуточные по структуре (суглинки и супеси). При размерах частиц более 2 мм грунты называются крупнообломочными (гравий, щебень и т. п.). При заполнении пор грунта водой его теплопроводность возрастает сначала резко, а потом более медленно. В сухих грунтах теплопроводность растет при снижении их пористости, а в грунтах с малой пористостью (скальные породы, известняки) — при увеличении их плотности [144].
В табл. 10.7 приведены значения теплопроводности различных грунтов при температурах 5 — 20 3С — как сухих, так и с различной влажностью. Для сухих грунтов повышение их температуры до 30 —40°C, возможное вблизи изолированных трубопроводов, оказывает незначительное влияние на теплопроводность (см. гл. 5).
Для влажных грунтов повышение темпера 1уры сказывается в изменении их влажное I и, быстро убывающей по мере такого повышения за счет частичного испарения влаги. При этом вблизи трубопроводов, даже изолированных, образуется цилиндрический слой грунта с минимальной влажностью, постепенно возрастающей при переходе к удаленным от трубопроводов слоям с более низкими температурами грунта. Эти обстоятельства, а также требования норм [22] о применении попутного дренажа, понижающего уровень стояния грунтовых вод при прокладке тепловых сетей ниже максимального возможного значения этого уровня, позволяют принимать в расчетах значения теплопроводности грунтов Кр = 1,0 4-2,0 Вт/(м К), соответствующие их средней объемной влажности wo6 = 10 4-20 % или массовой wM = 20 — 30 %, см. формулу (5.3а).
10.4. Тепловые расчеты при подземной канальной прокладке тепловых сетей
Наиболее распространенным типом подземной прокладки тепловых сетей является их прокладка в специальных строительных конструкциях (каналах, туннелях, коллекто-6*
рах), между внутренней поверхностью которых и наружной поверхностью изолированных трубопроводов сохраняется воздушное пространство, через которое происходит теплоотдача трубопроводов в окружающий эти конст рукции г рунт.
Если габариты сечения строительных конструкций выбираются исходя из возможности обслуживания трубопроводов в процессе эксплуатации, то соответствующие конструкции называются проходными каналами или туннелями. В остальных случаях применяются непроходные каналы, внутренние габариты которых определяются только наружными диаметрами заложенных в них изолированных труб вместе с оговоренными в нормах [22] минимальными расстояниями в свету от наружных поверхностей этих труб до стенок, перекрытия и дна канала, а также между этими поверхностями для соседних труб. Эти расстояния возрастают вместе с условными диаметрами труб примерно от 0,05 — 0,10 м при диаметрах 0,025 — 0,08 м до 0,25 м при диаметрах 0,8 м и более.
В непроходных каналах, где побудительная вентиляция отсутствует, все тепловые потоки от изолированных трубопроводов через воздушное пространство и строительные конструкции канала распространяются в массиве грунта так же, как и от этих трубопроводов при бесканальной прокладке. Направления и интенсивности этих потоков зависят от формы сечения канала и количества уложенных в нем труб. Только в изредка применяемых каналах круглого сечения с размещением в них одной изолированной трубы условия распространения тепловых потоков от этой трубы через стенки канала в грунте соответствуют таким условиям при прокладке в нем одиночной трубы. В таких случаях для определения тепловых потерь трубы в грунте, а также температур грунта в отдельных точках может быть использована описанная в § 10.3 методика с добавлением в выражения для суммарного термического сопротивления по формуле (10.25) двух дополнительных слагаемых, учитывающих соответственно-теплопередачу через цилиндрическую воздушную прослойку между изолированным трубопроводом и стенкой круглого канала, а также теплопроводность этой стенки. Но эта методика непригодна при расположении в канале двух и большего количества изолированных трубопроводов, а также при применении каналов с некруглой формой поперечного сечения, в частности преобладающих в строительстве тепловых сетей каналов прямоугольной формы. В подобных случаях пригодной методикой для определения тепловых потерь
является методика, основанная на использовании условной средней температуры воздуха в канале ^озл-
Для определения температуры при любой форме сечения канала и количестве уложенных в нем труб применяется балансовый метод, подробно описанный в [147] и основанный на том, что суммарные тепловые потери всех труб в воздушное пространство канала при отсутствии его вентиляции должны равняться тепловым потерям этого канала в окружающий массив грунта. При составлении такого баланса для определения тепловых потерь каждою из изолированных трубопроводов используются приведенные формулы (10.17а) или (10.19а) для случая воздушной прокладки с подстановкой в них вместо температуры окружающего воздуха Гвозд средней температуры ею в воздушном пространстве канала Наряду с этим для определения тепловых потерь канала в массиве грунта используется приведенная выше формула (10.24а) для случая однотрубной бесканальной прокладки с подстановкой в нее вместо температуры теплоносителя tT средней температуры воздушного пространства канала гВоз.т
Необходимость учета теплоотдачи от воздуха к внутренней поверхности канала связана с тем, что значения соответствующего коэффициента теплоотдачи акан близки к таковым для коэффициента теплоотдачи от поверхности изолированного трубопровода к воздуху в канале а,п. а потому соответствующим слагаемым в суммарном термическом сопротивлении R*y!" в данном случае пренебречь нельзя, см. формулы (10.11а) и (10.25). Вместе с тем включение в суммарное термическое сопротивление дополнительного слагаемого, соответствующего теплопроводности строительных конструкций канала, представляется излишним, поскольку теплопроводность материалов этих конструкций, в основном железобетонных, изредка кирпичных, находится в пределах Хкан = 0,8 4-1,5 Вт/(м • К), т. е. близка к таковой для грунтов (см. табл. 10.7), а толщины этих конструкций невелики по сравнению с глубинами заложения груб. С учетом этих соображений основное уравнение теплового баланса канала с любой формой сечения, в котором уложены два изолированных трубопровода, может быть представлено в виде
41. П + Яг.п
t’ — Гкан t" — fKaH
*ВОЗД |_______1 г 1 возд
R.<3 4“ ^ВОЗЛ ^„3 4“ ^воз,1
.кан ___ ,р
кан _ ‘возд ‘ip 9т. п пкан । о
ЛВОЗД ' Л1 Р
(10.51)
изоляционных конструкций трубопроводов и R'm в этом балансе определяются по формуле (10.2) применительно к основному и покровному слоям изоляционной конструкции каждого трубопровода. Значения сопротивлений теплоотдаче от наружной поверхности трубопровода в воздушное пространство канала R'a(yil и RamA подсчитываются по формуле (10.12а). По этой же формуле определяется значение сопротивления теплоотдаче от воздуха к стенке канала но с заменой диаметра г/',1™ на гидравлически эквивалентный диаметр сечения канала в свету, равный
Д’К" = 4Г /Р 110 5"’)
"кап кап/г кап-
Здесь FK11H. м2 — поперечное сечение канала в свету, а Ркаи. м — периметр этого сечения. В частности, для каналов прямоугольного сечения шириной в свету hK.dn и высотой в свету Ака„ имеем
(Ю.52а)
’’кап 4“ "кап
Формулы типа (10.15) /тля определения радиационного слагаемо! о в коэффициентах теплоотдачи от изоляции к воздуху отИ) и от воздуха к стенке канала 7.К.1И неприменимы в условиях сложного радиационного теплообмена в воздушном пространстве канала между наружными поверхностями изолированных трубопроводов и внутренней поверхностью ограждающих конструкций канала. Поэтому вместо точного определения этих коэффициентов по способу последовательных приближений, описанному в § 10.2 применительно к воздушной прокладке, в случае прокладки в непроходных каналах можно ограничиться использованием в формуле (10.12а) только приближенных значений этих коэффициентов, принимаемых равными а'из = = *из = «кап = 12 Вт/(м2-К).
Основные затруднения при выполнении расчетов по формулам (10.51) возникают в связи с необходимостью оценки значений Ягр для каналов прямоугольного сечения, так как соответствующая формула (10.26) по существу непригодна для каналов любого сечения, кроме круглого.
Экспериментальные данные по термическим сопротивлениям грунта вокруг каналов прямоугольного сечения были получены методом электротепловой аналогии [150], а их результаты обобщены эмпирической формулой, которую можно представить следующим безразмерным соотношением:
7 Окан - tp ) ^грКгр =
9кан
164
3 5 ।
.^кач \ (?кан>
5,7 + о,5
^кан
(10.53)
Здесь Нкан, м — глубина заложения канала от поверхности грунта до горизонтальной оси канала. В соогветсгвии с формулой (10.53) значения Хгр/?|р для каналов прямоугольного сечения зависят только от двух отношений их основных размеров, а именно от bKdH/hKai( и HKail/hKafl.
Анализ типовых габаритов непроходных каналов прямоугольного сечения при размещении в них двух трубопроводов водяных тепловых сетей показывает, что в этих конструкциях значения отношения bKail/hKaH обычно находятся [128] в интервале 1,3 —2.1. Значения Нкаи составляют от 1 до 4 м. С учетом этих данных интервал значений HKaH/hKall составляет примерно от 1 до 5 (при диаметрах труб менее 0,1 м — иногда до 7).
В соответствии с этим в табл. 10.8 включены значения 7.грЯ|Р по формуле (10.53) при значениях Нкан/1гкаи от 1 до 5 и Ькан//1кан от 1,3 до 2,1, сославляющие от 0,16 до 0.44. При этом наименьшие значения Х|рВ|р имеют место при укладке труб большою диаметра на малой Шубине, а наибольшие - при укладке труб малого диа-мщра на большой глубине.
После подстановки в формулу (10.51) значений Киз, 8ВОц, 8В(щ, ^ноз, и ^tp средняя температура воздуха в канале гВр"д может быть определена по формуле
___________h_____н_____________frp .кан __________________________ ^щ-Ь^возд ^И)~1~^воз,1 ^возд + Ягр
*ВОЗЛ 1 ‘ I 1 ‘ •
/?из + Квозд ^uj + ^воы ^BOti + ^tp
(10.54)
В формулы (10.51) и (10.54) может быть внесена поправка для учета термического сопротивления теплоотдаче от поверхности грунта окружающему воздуху, для чего достаточно заменить в этих формулах значения zfp на 1ВОзд, a h на h + - Вместе с тем ®возд
необходимо иметь в виду, что формулы (10.24) или (10.34) для определения температур грунта, в частности температур его поверхности над каналом, в случае непроходных каналов прямоугольного сечения в принципе непригодны из-за искажений температурного поля в грунте, связанных с формой сечения канала, независимо от того, каким способом подсчитываются суммарные тепловые потери трубопроводов в этих каналах. Для определе-
Таблица 10.8. Значения Кгр для каналов прямоугольного сечения по формуле (10.53)
От ношение Отношение />KaH//iKdll
^кан ^кан 1.3 1.5 1.7 1,9 2,1
1 0,187 0,178 0,171 0,164 0,158
1,25 0,222 0,213 0,205 0,198 0,191
1,5 0,251 0,241 0,233 0,225 0,218
1,75 0,275 0,265 0,256 0,248 0,241
2,0 0,296 0.286 0,277 0,269 0,261
2.5 0,331 0,321 0,311 0,302 0,294
3 0,368 0,349 0,339 0,330 0,321
4 0,405 0,394 0,383 0.373 0,364
5 0,440 0,428 0,416 0,404 0,397
могут быть получены, электротепловой ана-
оценка средней тем-грунта над перекры-
ния таких температур необходимо использование соответствующих экспериментальных данных, которые i в частности, методом логии.
Ориентировочная пературы поверхности тием канала прямоугольного сечения может быть получена исходя из допущения плоскопараллельного теплового потока в слое грунта между его поверхностью и перекрытием канала с учетом теплоотдачи воздуху. Эго допущение приводит к формуле
,пов t Гр ~ 1возл
возд I \ ®кан
,кан _ t
возд ‘ возд_________
1__L
^'гр /
(10.55)
Получаемые по приближенной формуле (10.55) значения температуры поверхности грунта несколько выше средних для всего участка этой поверхности шириной Ькан, расположенного над перекрытием канала, но несколько ниже максимальной температур^! в точках этой поверхности на ее пересечении с осью вертикальной симметрии канала.
Определение необходимых толщин изоляционного слоя по заданным значениям тепловых потерь каждой из труб, уложенных в непроходных каналах, основывается на формуле (10.54), исходя из которой может бьпь найдена соответствующая этим значениям средняя температура воздуха в канале: «д = tPp + (^.П п)(КвКозд + Я,р). (10.56)
После определения этой температуры толщины изоляции, соответствующие тепловым потерям каждой из труб q\ п или <?" п, могут быть подсчитаны по способу, описанному в § 10.2 для случая воздушной прокладки изолированных трубопроводов, с заменой в формулах (10.20) и (10.21) гвозд на гкан 1возд •
10.5. Суммарные тепловые потери тепловых сетей
Местные тепловые потери конструкций зависят прежде всего от размеров наружной поверхности изолируемых элементов и технических показателей применяемой изоляции, могут быть подсчитаны путем обработки соответствующих экспериментальных данных. Однако приведенные в [103] данные относятся в основном к фланцевым соединениям и арматуре, тепловые потери которых определяются в расчете на один элемент в зависимости от условного прохода труб или арматуры при данных температурах теплоносителя и окружающего воздуха. При этом существенную роль играет выбор изоляционной конструкции. Так, например, для фланцевых соединений тепловые потери при засыпной изоляции в полуфутлярах в 2 — 2,5 раза больше, чем при мастичной изоляции. Кроме того, тепловые потери оказываются примерно пропорциональными разности температур теплоносителя и окружающего воздуха. Наличие такой же пропорциональности для тепловых потерь изолированных трубопроводов позволяет ориентировочно оценивать местные тепловые потери как соответствующие определенной длине изолированного трубопровода при тех же условных проходах и температурах теплоносителя и окружающей среды. При такой оценке для определения суммарных значений линейных и местных тепловых потерь по участкам тептовых сетей может быть использована формула
= бтТРп + б?п = <7т п(/уч + 2/ТэлТО- (10.57)
Здесь <?т п, Вт/м — линейные тепловые потери на 1 м длины изолированных трубопроводов; />ч, м — длина участка, а /’кпв, м — эквивалентная длина изолированного трубопровода, соответствующая местным тепловым потерям одного элемента определенного типоразмера при общем количестве этих элементов в пределах данного участка. Использование формулы (10.57) с постоянными значениями возможно при условии, что эти значения зависят не ог условного прохода и разности температур теплоносителя и окружающей среды, а только от типа изоляционной конструкции данного элемента.
Согласно приведенным данным [103] такое допущение оправдывается в основном для фланцевых соединений, для которых можно в среднем принять 1-1,5 м. Вместе с тем для арматуры необходимо учитывать зависимость значении oi ее условного прохода Dy Так, в [ 1031 рекомен
дуется при температурах гт = 100 °C и гвозд = = 25 °C принимать для арматуры значения /т® = 2,3 м при Dy = 0,1 м и 3,0 м при Dy = 0,5 м. В других источниках для этого случая приведены данные, свидетельствующие о значительно большем разбросе значений (/’кв = 3,2-? 6,6 м).
Опытные данные по местным тепловым потерям через опоры, в основном подвижные (скользящие или подвесные), отсутствуют. Для таких опор имеются только общие указания, согласно которым их тепловые потери рекомендуется оценивать единым повышающим коэффициентом К°"п на линейные тепловые потери. Для этого коэффициента в [103] приведены следующие значения: дня подвесных опор при воздушной прокладке — 1,05; для скользящих или катковых подвижных опор при воздушной прокладке и условных проходах труб 0,15 м и более — 1,15, при условных проходах труб менее 0,15 м — 1,20.
Для подземной прок падки в каналах соответствующие указания oicyicieyioT, но из-за более высоких температур воздуха тепловые потери через опоры в этом случае должны быть несколько меньше, чем при прокладке в помещениях. При бесканальной прокладке подвижные опоры не применяются. Кроме того, в приведенных выше значениях коэффициента К^\, не учитывается влияние условного прохода труб, которым определяются предельные расстояния между соседними подвижными опорами. Между тем эти расстояния при увеличении условного прохода труб с Dy = 0,05 м до Dy = 0,5 м возрастают в 3 — 5 раз (см гл. 4), в связи с чем значения коэффициента К°пп должны существенно снижаться по мере перехода к большим условным проходам труб.
В нормах [22] рекомендован упрощенный способ учета всех местных тепловых потерь посредством единого повышающего коэффициента на линейные тепловые потери по формуле
(2?угГ = КТС^ТП\Ч. (Ю.57а)
При этом для коэффициента КтУп* при-ведены следующие значения: 1,15 — при подземной бесканальной прокладке; 1,20 — при подземной прокладке в непроходных или проходных каналах и 1,25 — при прокладке на открытом воздухе.
Суммарные тепловые потери отдельных участков водяных тепловых сетей, определяемые по формуле (10.57) или (10.57а), являются исходными при расчете изменений в результате этих потерь температур сетевой воды. Такие расчеты могут выполняться как по отдельным участкам, так и суммарно по
трассе сетей в целом, состоящей из множества участков, начиная от выхода сетей из теплоисточника вплоть до тепловых пунктов, обычно до наиболее удаленных от источника по этой трассе. Расчеты базируются на тепловых балансах отдельных участков, которые для двухтрубных водяных сетей должны составляться отдельно по подающим и обратным трубопроводам. Пренебрегая незначительными слагаемыми этих балансов, связанными с утечкой сетевой воды и превращением в теплоту работы трения при течении воды по трубам, их можно представить в следующем виде:
/Эсп°1 — Г! г.ср/гнач _ ,кон i
ХГП —VfcnO4LB испод Чпод/’ IIV.JO/
Стс Г = Gc обрСвср аНсаоЧбр - fc°o6p).(10.58а)
Здесь Gc под и Gc обр, кг/с — расходы сетевой воды соответственно в подающих и обратных трубопроводах данного участка, принимаемые постоянными по всей его длине; гсапод и гс°под, °C— температуры воды в подающих трубопроводах в начале и конце участка по ходу воды от теплоисточника; ?саобр и гс°обр> °C - температуры воды в обратных трубопроводах в начале и конце участка по ходу воды к теплоисточнику; <?вР, Дж/(кг • К) — средняя массовая теплоемкость воды в соответствующих интервалах температур. Температуры сетевой воды в период эксплуатации сетей находятся в преде
лах 60—150 °C в подающих и 30 —70 °C в обратных трубопроводах.
При обычных для тепловых сетей соотношениях между диаметрами труб и соответствующими расходами сетевой воды (см. § 9.2), а также между нормативными тепловыми потерями на 1 м трубопроводов наибольшие изменения температур воды в подающих или обратных трубопроводах тепловых сетей значительной протяженности не превышают 5 °C.
Зависимостью средней теплоемкости воды от температуры в этих расчетах можно пренебречь, принимая в качестве среднего единое значение с£р = 4190 Дж/(кг-К). С учетом этого значения для изменения температур сетевой воды по участкам получается соотношение
Г'СУМ^ПОД/
fc°no 1 = &I - 0,238 • 10 -3 -Ат-п--?т-^4, (10.59) Gc ПОД
Ь'сум обр I
Ор = г^-бр -0,238- 10-3^т^т-п,У\ (10.59а) обр
При расчете изменений температур сетевой воды в обратных трубопроводах по участкам исходными являются температуры и расходы воды в обратных трубопроводах тепловых пунктов, присоединенных к каждому участку, с последующим определением средневзвешенных значений этих температур.
Г I а в а одиннадцатая
РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ НА ПРОЧНОСТЬ И КОМПЕНСАЦИЮ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РАСШИРЕНИЙ
11.1. Особенности расчета трубопроводов
Специфические особенности трубопроводов тепловых сетей (теплопроводов) заключаются в следующем:
а) стенки труб испытывают напряжения от внутреннего давления теплоносителя меньшие, чем изгибающие напряжения от компенсации температурных удлинений труб и И31иба ог весовых нагрузок;
б) температура труб не превышает 160 — 200 °C, при которой механические свойства сталей практически не отличаются от свойств при температуре 20 °C;
в) характер и величина нагрузок суще-швенно различны в зависимости от способа прокладки труб (подземная в непроходных каналах, в проходных туннелях, бесканаль-
ная, воздушная) и способов компенсации температурных удлинений;
г) пространственные схемы трубопроводов, требующие наиболее сложных расчетов на компенсацию температурных удлинений, встречаются относительно редко, только в пределах зданий котельных, насосных станций и др.
Рекомендации по расчету на прочность и компенсацию температурных удлинений, содержащиеся в ряде руководств по проектированию станционных паропроводов, при проектировании тепловых сетей могут использоваться в ограниченных пределах, так как они не учитывают условий работы и нагрузок, характерных для тепловых сетей. Проектные организации используют собственные типовые материалы, нормали и рекомендации, в основу которых положены рас
четные формулы и методы расчета, не увязанные между собой. В результате полученные по разным методикам расчетные усилия и напряжения имеют большие расхождения.
В ряде случаев используются расчетные предпосылки, не отражающие реальных условий работы трубопроводов, особенно при подземной прокладке труб. Наблюдаются чрезмерно большие коэффициенты запаса прочности, например, в расчетах П-образных компенсаторов температурных удлинений труб и другого оборудования, чго приводит к необоснованному увеличению расхода дорогостоящих труб и общему удорожанию строительства тепловых сетей.
Следует указать, что относительно небольшое уменьшение размеров П-образных компенсаторов позволяет получить существенную экономию в затратах дорогостоящих стальных труб.
При разработке методики расчета, расчетных формул использованы также результаты, полученные на опытных трубопроводах [134]. Установлено, что следует считаться с большой приближенностью в оценке сил трения в опорах трубопроводов и в сальниковых компенсаторах. Поэтому не имеет смысла усложнять проектирование, как это иногда делается, используя большое количество типовых расчетных схем и формул, например приведенных в справочнике для проектирования [100]. Достаточно ограничиться рассмотренными ниже семью типовыми схемами.
11.2. Расчетные нагрузки и воздействия на трубопроводы тепловых сетей
В расчетах на прочность должны учитываться следующие нагрузки и воздействия на трубопроводы, различающиеся по величине и характеру:
а) весовые при расчете труб на изгиб;
б) ветровые (для надземных прокладок на эстакадах);
в) от сил трения в подвижных опорах или трения в окружающем грунте (последние в бесканальных прокладках);
г) воздействие внутреннего давления теплоносителя в трубах;
д) воздействие изменения температуры труб.
Весовые нагрузки вызывают большие изгибающие напряжения, которые составляют значительную часть общего, суммарного напряжения в стенках труб. Значительно меньше на прочность трубопроводов тепловых сетей влияет внутреннее давление, вели
чина которого обычно не превышает 1,6 МПа. Поэтому в отличие от многих других напорных трубопроводов давление не является определяющим фактором при назначении толщины стенок трубопроводов из условия их прочности. Однако в трубопроводах, имеющих механические дефекты, например в сварных швах или в стенках, ослабленных коррозией, особенно труб большого диаметра (Dy 1000 -=-1400 мм), возможны разрывы стенок под действием и относительно невысокого давления.
Ветровые на>рузки и нагрузки от сил трения в опорах значительно меньше других нагрузок оказывают влияние на прочность трубопроводов. При необходимости влияние трения может быть снижено простым конструктивным мероприятием — заменой скользящих опор на катковые или (при надземных прокладках) подвесными, на тягах *.
В практике проектирования трубопроводов тепловых сетей находя! применение нормативы для расчета магистральных газопроводов и нефтепроводов, основанные на методе определения предельных состояний (СНиП 2.05.06-85), и технические условия, разработанные ЦКТИ (ОСТ 108.031.02-75), основанные на методе расчета по допускаемым напряжениям, которые приняты для расчетов на прочность энергетических установок и паропроводов на ТЭЦ.
11.3. Расчет напряжений, вызванных внутренним давлением теплоносителя
Определение толщины стенок труб 3, м, согласно СНиП 11-45-75 производится методом предельных состояний
где п = 1,1 — коэффициент перегрузки; р — внутреннее давление, МПа; R( — расчетное сопротивление для стали, МПа; D„ — наружный диаметр труб, м; R[ принимается равным минимальному временному сопротивлению стали на растяжение по ГОСТ в зависимости от марки трубной стали, с учетом ряда снижающих коэффициентов: безопасности, степени надежности работы и других.
Определение толщины стенок 8, м, по допускаемому напряжению согласно
* Исключение составляют бесканальные трубопроводы, в которых силы трения (при «защемлении» труб в грунте) могут достигать большой величины: подробнее об этом см. в [128].
ОСТ.108.031.02-75 производится по формуле:
8=-—PD»------; (Ц.2)
2<рстдоп + р
где ст 10П — допускаемое напряжение, МПа; ф — коэффициент прочности сварных швов, зависящий от способа сварки, для бесшовных труб ф = 1.
Для углеродистых трубных сталей, работающих при температуре не выше 200 °C, приняты следующие величины стюп:
Марка стали ВСт2кп ВСтЗКп ВСтЗсп, ВСтЗпс
Допускаемое напряжение ^доп’ МПа 95 НО 117
Марка стали 15, 15к, 20, 20к, 16ГС
16к 18к
Допускаемое напряжение ^доп’ МПа . . 130 140 145
Для сравнения приведены результаты расчетов, выполненных по формулам (11.1) и (11.2) для магистральных трубопроводов большого диаметра из труб стали марки ВСтЗсп с двухсторонним сварным швом, при п = 1,1, р = 1,6 МПа, Ri = 240 МПа, стдоп = = 117 МПа, ф = 0,9.
Диаметр труб Dy, мм..........1000 1200 1400
Толщина стенок 5, мм, по формуле (11.1).................. 3,7 4,3 5,2
Толщина стенок 6, мм, по формуле (11.2) при одинаковом давлении р.........................7,7 9,1 10,7
Величины, полученные по формулам (11.1) и (11.2), недостаточны, так как трубопроводы испытывают одновременно дополнительные напряжения изгиба от собственной массы и большие температурные, компенсационные усилия. Расчет прочности от действия суммарных нагрузок приведен ниже.
Напряжения растяжения в стенках труб от внутреннего давления сть действующие в осевом направлении (аксиальное), и ст2 — в поперечном (тангенциальное), определяются по известным формулам:
ст, = ир£>вн/48; (11.3)
ст2 = ир£>вн/28, (11.4)
где DBH — внутренний диаметр трубы.
Осевая растягивающая сила Р по формуле
р = (Ц.5)
В трубопроводах с сальниковыми компенсаторами, которые допускают свободное перемещение концов труб в осевом направлении (в местах установки комнспса юров
трубопровод фактически разрезан на части), силы Р целиком передаются на неподвижные опоры. Конструкции этих опор должны быть выполнены особо прочными — в соответствии с расчетами по формулам, приведенным в § 11.5. При больших диаметрах тепломагистралей (Dy 1000 4-1400 мм) силы Р достигают больших величин: 1250 — 2400 кН.
С учетом трения в опорах и реактивных сил Рк в компенсаторах сила Р в общем виде определяется по формуле
тг D2
P = np~^±ML+ Рк, (11.6) 4
где q — удельная нагрузка от массы теплопровода, Н/м; L— расстояние от неподвижной опоры до компенсатора, м; ц — коэффициент трения в опорах, знак « + » или « —» зависит от температурного режима (нагрев или охлаждение). В бесканальных трубопроводах вместо щу действуют силы трения ртр, отнесенные к единице длины трубы, определяемые из опыта по специальным измерениям. Наибольшие напряжения сжатия действуют в режиме нагрева (см. ниже).
11.4. Расчет трубопроводов на весовые нагрузки
Изгибающие напряжения от собственной массы трубопроводов определяются по известным формулам сопротивления материалов для расчета многопролетных неразрезных балок.
Максимальный изгибающий момент над опорами М и в середине пролета между опорами М1/2, Н м,
— M=ql2/\2; (11.7)
Mll2 = ql2/24. (11.8)
Максимальный прогиб /|/2, м, определяется из выражения
/,/2 = д/4/384Е/, (11.9)
I де I — расстояние между опорами (одинаковое для всех пролетов), м; EI — жесткость поперечного сечения трубы; Е — модуль продольной упругости, Па/м2; I — экваториальный момент инерции трубы, м4; q — расчетная весовая нагрузка на единицу длины трубопровода, Па/м.
В трубопроводах с волнистыми (линзовыми компенсаторами, которые создают шарнирность, т. е. допускают поворот сечений трубопровода на некоторый угол, максимальный изгибающий момент М, Нм, и прогиб fl/2, м, возрастают:
-M = ql2/]0; (11.10)
- ц/4/185Е/ Н1 11'
при максимально допускаемых расстояниях между опорами, что позволяет существенно снизить стоимость надземных прокладок трубопроводов на эстакадах, кроме расчета на прочность, необходимо дополнительно определять прогибы по формуле (11.9) или (11.11).
Большие прогибы могут вызвать образование «мешков» в пониженных точках, в которых будет застаиваться вода, что может приводить к гидравлическим ударам в пусковом режиме, например при прогреве паропроводов. Установлено, чго полное осушение трубопроводов достигается при отсутствии «мешков», когда максимальный прогиб fl2 не превышает 0,25 относительного снижения опор Н за счет монтажного уклона осей 1 руб /:
0,25/7. (11.12)
Пппример, в трубопроводе при / = 20 м, учоженном с уклоном /' = 0,005, т. е. 5 мм/м, про/иб не должен превышать fl/2 < • 0,25-0,005-20 = 0,025 м = 25 мм.
В непроходных каналах расстояния меж-iy опорами целесообразно уменьшить, так кик это не отразится на стоимости сооружения тепловой сети, а в то же время по/волит уменьшить суммарное действующее напряжение в стенках труб.
Рекомендованы следующие величины /, м:
Диаметр труб
Dy, мм . . .25-50 80-300 400-900 1000-1400 Рассюяиие между опорами
I м . . . . 40£>у 30£>, 20£>у 15Е\
Прочное11. 1рубопроводов с гибкими ........... компенсаторами должна проворя пл я но ус ионию:
р М
I 1+ о, < Я2*, (11.13)
/ W
щс I /’ расчешос осевое усилие; М — изги-бающин момент о/ весовых нагрузок; F и W - ii'uiiiiiiiii, сечения с/енок и момент сопро-iiibichiih поперечно/о сечения трубы; о;— рас/я/нплющее напряжение от внутреннего давнення, онредененнос по формуле (11.3). Со/ i.iciio < Ihill 2.05.06-85 /?2 равняется норма шпион ветчине R4, полученной по наименьшему ншчепию условною предела теку-чсс/н с i.i'ui <т/( ко/орый зависит от механических снойс/н и качества (марки) трубной сзачи. с уче/ом снижающих коэффициентов надеж нос/и К„ и безопасности Ср
* И । рхшшроводах с сальниковыми компенса-I op.lMII о । - (I
170
Например, для у/неродпе/ых шалей 10, 20 R2 = 210 МПа, для С/2сн /С 220 МПа. для 10Г2С1, BMCi2cn, BMt ihn R, = 240 МПа.
При надземной прок та/ке / ру/юнроно дов в целях экономии мс/а i in i ie чу. i . i ре миться к максима ii.пому увс шчепню рп. стояний между опорами, пин юно ш вчо образно применяи. ipyoi.i . 11<n>i.i11ie1111i.iмn механическими пока ia i e i ямп ih.i.iih I 'I l( = 300 МПа (по IV I I 1 I(>*э / И и < i о ш марки 14Г2САФ /?, И.0 MI I.i
Суммарный рлече/ими .............нН мн
мент при одновременном пчн iihhi ннрушк в двух различных ПН.НКо. ПН |1ч pi пкч n.iiull и горизонтальной)
= | М , I М И I 14)
где Мг — момент oi nepi in>.i i> n»n нмхннЙ нагрузки; M2 — момеш ш i ори ...и । । и ной ветровой нагрузки.
По этой же форму ie пир. >. in >. ч > ум марный изгибающим момеш при <> шнирэ-менном действии весовой ii.iipHHi и iiniiOi при компенсации гемнера i \ pm i* » > шппннй труб.
Для снижения с/ронн- п.н.ш . 1.ч1чт-1II И расхода материалов в н-нюшн >. i ни про* кладываемых надземно (па >. i-ik.i ын ши#-сообразно использован, по ин. нм. иинры труб на тягах, распо ьп лсм/.н и нрим₽жу|-ках между мачтами [ I 58 |
Для предварительною <.цр. н шипи рае стояний /, м, между опорами (mhbibmmI эстакады на компенсируем..о у... 1«нЧ fit»/ учета сил трения и ветровоп инрнкп мо*₽1 быть использована форму ы
В табл. 11.1 приведено м.п пн . о по? pat стояние I для труб .'-о I 'ни чм ill стали 14Г2СА, R2 = 360 МПа Но .ч..<ини и. увеличения расстояний меж о оиорнчц нспО ходимо использовать при но. ouiiioii (нал земной) прокладке трубоиро.ю юн члпно диаметра совместно с бо п.пшми Но ни н< жимо при увеличении жеш ко. । и ....... р. чн.н о сечения малых труб по споочч up. . к.фгн ному в [158] и показанному ... рн. 11 | Усиливающие сечение про рюрц
жесткости из полосовой (и ш м юн.ни , щ щ привариваются над опорами . « .. ih.hyi.ii изгибающие моменты мам нм । .. шч. ... щ чины. Длина ребер состав то вн hi р.ц стояния между опорами. 11р.п..рк. p.i.vp позволяет увеличить пролш м. > о .ч...|.пми в 1,5 — 2 раза при незнание и ..о < .......иш тельном расходе металла, и. пр. >•.о...... м 10% собственной массы тру о
Рис 11 I Трубопроводы, усиленные приваркой ребер жесткости
В табл 11 2 даны моменты инерции и моменты сопротивтения усиленного сечения труб
Указанный способ используется также в проектировании и строительстве магистральных газопроводов и нефтепроводов при их надземной прокладке на отдельно стоящих опорах При использовании в эстакадах подвесного пролетного строения на тягах, при-
Рис 11 2 График для определения величины осадки подвесных опор в зависимости от расстояния между опорами и угла наклона тяг
крепленных к верхушкам мачт, необходимо учитывать температурную деформацию тяг, в результате которой в трубопроводах возникают дополнительные изгибающие напряжения (рис 11 2)
Таблица 111 Выбор расстояний между опорами
Наименование Усювный диаметр трубопровода Dy мм
250 300 350 400 ,450 500 600 700 800 900 1000 1200
Толщина стенки мм 7 8 9 7 8 9 10 И 12 14 14
Момент сопротивления сечения труб W, см3 380 616 935 955 1200 1680 2690 3900 5500 7660 10930 15 740
Расчетная нагрузка q кН/м 1 6 2 Од 2 59 2 8 3 4 5 1 5 5 7 0 8 7 102 13,3 17,9
Максимально допускаемые расстояния между опорами / дтя воздушной (надземной) прокзад-ки, м 25 28 32 33 34 34 5 38 39 40 41 5 43 45
Таблица 112 Моменты инерции и моменты сопротивления усиленного сечения труб
Условный диаметр трубопровода Dy, мм Толщина стенки, мм Размеры ребер, см Сечение труб без усилия У си тенное сечение Расстояние между опорами /, м Увеличение рас стояния 1, %
Высота Толщина Дли на Момент инерции I, см4 Момент сопротивления И смА Момент инерции ' /, см4 Момент сопротив-чения W, см^ без усиления С уси пением
76 3 6 0,6 60 46 12,1 246 45 5 9,5 90,0
100 4 8 0,8 85 177 32,8 847 80 8 12 50,0
150 4,5 8 1 85 652 82 1840 145 9,5 12,5 32,0
12 1 85 652 82 2338 188 9,5 14 50,0
200 6 15 1,2 180 2279 208 8400 432 18 26,1 45,0
171
расчеты показывают, что для трубопроводов Dy 100; 2504-300; 400 4- 500 мм дополнительные напряжения изгиба аи3 находятся в следующих пределах: 154-20; 35 4-40; 604-70 МПа.
В связи с возрастанием температурных напряжений применение подвесных опор на тягах для труб Dy 400 мм не рекомендуется.
11.5. Расчет усилий, действующих на неподвижные опоры
Неподвижные опоры делят трубопроводы на участки, рассчитываемые на компенсацию при помощи специальных устройств (компенсаторов) или за счет собственной гибкости (самокомпенсация) для снижения температурных усилий и напряжений в трубах.
От рационального размещения неподвижных опор во многом зависят напряжения в трубах, которые не должны превышать допускаемых. Расстояния между неподвижными опорами и сальниковыми компенсаторами установлены [101] следующие:
Dy.........100 150 200 250 300 600 мм и более
L.......... 80 100 120 130 150 160 м
В бесканальных трубопроводах предельные расстояния L назначаются по расчету с учетом действия сил трения в грунте, препятствующих температурному удлинению труб (см. ниже).
Неподвижные опоры делятся на конструкции неразгруженною и разгруженного типа. К первым причисляются опоры трубопроводов с сальниковыми и волнистыми компенсаторами, на которые передаются осевые силы Р от внутреннего давления теплоносителя большой величины: Р = nD^p/4. К разгруженным относятся опоры трубопроводов с П-образными компенсаторами и са-мокомпенсирующиеся, для которых Р — 0.
Конструкции неподвижных опор нормализованы и приведены в альбомах МВН 1324-56 и МВН 1326-51 Большое распространение получили неподвижные опоры щитовой конструкции в виде плит из железобетона. Однако их недостатком является наружная коррозия труб, которая сосредотачивается в местах прохода труб через отверстия в плитах там, где к трубам привариваются металлические упоры. Улучшенная конструкция щитовых неподвижных опор, в которой грубы защищены от коррозии, приведена в [159]
На рис. 11.3 приведены типовые расчетные схемы компенсации температурных 172
Схема 1
Условные овозниченчк
—— но Неподвижна* опара
—tx— Задвижка
—СЕ— Сальниковый кимнеш шпор
—П П-образный кимпгш атар
Рис 113. Типовые р.п че i hi it < х< мы гои определения сил, дет i нуюши« нн шлю цшж-ные опоры
расширений теплопроко юн i oi рп< 'n in конструкций Опор, ytl.liion НЧ111ЫХ 11 1 НЧМ1Х
А, В, С. Знаки « + » и » >• 1 от|н к niyioi режимам нагрева п in ох ы* и пни нчоюпро-ВОДОВ, Ц И 12 — ДЛИНЫ 1)0 11.1111'1 I» 11 МГ1Н.НЦЧ о участков, Dj, D2 наружные пшм« ipi.i i руб на смежных участках / и ’ I’m че i i и i производится при нестационарном р< жпмс рнбо-ты (при закрытых задвижках и < ну» кг поды из участков и /2), при коюром < и па Р, передаваемые на опоры, юииыин мнкси-мальной величины.
В расчетных формулах лапы onia, действующие на опору В Си на и опорах -I и С определяются в зависимое in oi компенсационных характеристик примыкающих к ним участков по аналогичным форму ым Приведенные семь основных схем компенсации исключают необходимость расчеюн по вариантам схем компенсации [10<>|
Для расчета схемы I (рис. 11.3) применима формула
±Р = ±0,5Рк + p ~(Dl - £>f). (11.16)
Для схемы II максимальная сила дей-С1вует при закрытой задвижке и спуске воды (охлаждение участка /J,
Р=^-+Рк. (11.17)
Для схемы III
±Р = ~^L+ql>P± Рк. (11-18) 4
Для схемы IV
tP= ^{D22- D2) ± 0,5Рк ± - к).
(11.19)
Для схемы V:
при Hai реве Р = —— Рк — Рч — дц(/2 +/3);
4
(11.20)
при охлаждении Р = ^^2 — Рк + Px + qp.(l2 + l3).
(11.21)
Для схемы VI:
при нагреве
р = ер>1 + w/, -рк-р.
(11.22)
pnD2 , при охлаждении Р = -—-— + Рк +
4
+ Р,+№~-- (11.23)
Для схемы VII с углом поворота сила Р направлена по биссектрисе у1ла а, « + » при нагреве, «- » при охлаждении
±О.5РК±^6, - -М +
\ 2) 4
sin р.
Р =
(11.24)
Здесь и везде р — давление теплоносителя; ц — весовая на! рузка на 1 м длины теплопровода; ц - коэффициент трения, равный 0,3 для скользящих опор и 0,05/г для катковых опор (г — радиус катка, см); +РК — сила зрения в сальниковых компенсаторах (см. ниже забл. 11.4, 11.5); Рх--сила упругого отпора П-образно! о компенсатора.
В бесканальных теплопроводах вместо дц действуют силы трения Ртр, определяемые из опыта [128] — см. табл. 11.9.
В рассмотренных схемах сальниковые компенсаторы могут быть заменены на гибкие, П-образные или другой конфигурации. В этом случае в расчетных формулах следует приравнять нулю выражения:
<2*1 „£^1, (11.25)
4 44
а силу трения в сальниковых компенсаторах ±РК заменить на силу ynpyioio отпора гибких компенсаторов Рч, см. разд. 11.6, формулу (11.31).
Сила трения в сальниках Рк, кН, может быть определена
Рк = — (Ц.26)
где Dlt — наружный диаметр стакана (патрубка) внутри корпуса компенсатора, м; / — площадь сечения набивки сальника, м2; и — число болтов для затяжки сальника; ц — коэффициент трения, ц = 0,15 для асбестового шнура, ц = 0,35 для резины; 8 — высота слоя набивки, м; 4 кН — максимальное усилие затяжки болта гаечным ключом, см. [134].
Для компенсаторов Dy 500 мм сжатие набивки можно принимать равным гидростатическому давлению теплоносителя.
В типовых расчетах можно пользоваться следующими усредненными величинами Рк:
£>у, мм 150 200 250 300 350 400 500
Рк, кН. . . 23 23 24 27 31 39 59
Ру, мм 600 700 800 900 1000 1200 1400
Рк, кН. . . 71 81 90 100 НО 130 150
Напряжение в сзенках корпуса сальниковых компенсаторов от давления теплоносителя рассчитываегся по формуле (11.4).
Диаметр и количество болтов грунд-буксы (уплотняющих набивку сальников) на действие растягивающей силы Р определяют по формуле (11.5).
Возможность вырывания подвижных стаканов из сальниковых компенсаторов (в случае нарушения прочности неподвижной опоры, установленной на трубопроводе) исключается золько при условии приварки к стаканам предохранительных колец.
Прочность колец и сварных швов на действие силы Р проверяют по формуле (11.5).
11.6. Расчет П-образных компенсаторов
П-образные компенсаторы находят применение в тепловых сетях; подземных и надземных. К их преимуществам относятся:
пт
Рис II I I' и 'it шин схема П-образных компенса iop<.n н ючке О — начало осеи \ и । и н>чкс S с координатами п< шд . .р..... Щ ч<Н
нН длины прямых участков
небольшие усилия, in pt ынасмыс на неподвижные опоры, он \ к инн необходимости обслуживания, бо и.in i>i компенсирующая способность.
К недостачах..... инн большие габа-
риты; увеличешн । и чыичпчечких сопротивлений ТеПЛОПрОНо I' 'К V К 1|Ю40И1ИС стоимости теплопроводом и мн нрншие пн них метал-лозатрат h.i ' ,
В раек । и no HoHipi.iM определяются ..и । нт обносi ь и размеры П-обра ни।' । 'Min in ntopoii, наибольшим pac-npoci p.iiu inn м non. lyeiiM меюд, известный not iiiihiiiHiM Mrio/iii «упругого центра» [Р.Ч Hl| koli.pl,11| понюняет с большой ................ Klipe ICUI1 11. силы Px упругого oi nop.i koMiu in it ।ирон, пн ибаюшие моменты II Ihlllpll ИЧ’ННИ II II нба nh
llpii piii'icir обе неподвижные опоры, \< i.iiioii iriiin.ic ио концам рассчитываемого viitikii i pviMHipoiio'ia, рассматриваются как .мд । ко in ir iiiiiin.ic, в которых невозможен inoun uii.iii iiniiopoi сечений трубопровода.
Hnoi in i ih упрощения расчетных форму । in xu пн iti допущения о возможности сиобп nioi и попорота сечений (шарнирное опирание), при котором изгибающие мо-меппл в опорных сечениях предполагаются равными ну по В дейс1вительности этого не происходит Расчс! ы показывают, что ошибка в сторону уменьшения сил и напряжений изгиба при ном може! достигнуть 1,5 — 2-кратной величины
Нередки случаи, когда П-образные компенсаторы принимаются с излишне большими размерами вылета, что приводит к неоправданному перерасходу труб на их изготовление (например, в расчетах заниженное допускаемое напряжение ск = 80—100 МПа)
С достаточным запасом прочности и надежности расчет П-образных компенсаторов можно выполнить, принимая в качестве до-
пускаемого изгибаюши
I I I I I | Ч| 4 < II II. М I III
aK = 0,7R 'ч ill Л)
Отсюда ак = 160 Mll.i । in > in. in дiu|hih из сталей 10Г2С, BM( i '< n < । *. n IIMt i kit и ak= 120 МПа ця u.i ин I" 'ti < i 'i u
При определении , ...... in viiiii.i-
ваться напряжение ihiih.i >ч hi. пн.nt пи* грузки. Для компенса i <>р.ш n < ipv<» l\ % ^500 мм ак можем oini \n< inn ни пи
10% Для naponpoitu юн । । tn и itiirxt не
более 2.5 МПа и icmih р < । хр-ш io ИО’(’
допускаемые напряжении . inuiuiii'H н н< ии — = 80—100 МПа
Компенсаторы и и ок.н пн >।. .. > । ну ii.imh отводами с радиусом ... । /*' I’ Д
а также со сварными ihuhii <п ни .имен тов) с R = £>н, 1.5£>м и ’/» и > kpviuuii нутыми штампованными "in...мн
Широко применяюнч i.пни ш .пиры и> складчатыми (попурпф мн) "iiiutiiMii, которые имеют на ’’О tninitiyio КОМПеНСИруЮЩуЮ CIKKoUlloi И И М I 1.1 1КИС отводы Расчетная схем.। iu.mihh. ti<>p.i приведена на рис 11.4 .......... н и и . вычис-
ления координат ynpvioi" iniupi », u i, Вследствие симметричп"! । и \np\iun niuip s лежит на оси у, поэюмх
В расчетах учитываем я ко ip и । .nnir i uh кости изогнутых учашкои (<>i п.> н>к) ни (Сирии Кармана (коэффицисн i / <м uumc)
111 28) где Lnp — приведенная i init.i .пн компенсатора, м:
Lnp = ^2n + 2т + i> । ) К (I I 29)
Значения /пил ясны из pin I I I
Рис 11.5. Эпюра изгибающих моментов
щие прямых участков (mR = pR = 0), рассчитываются по более простым формулам:
IR3 ( 19.7
= ^ 9,42--^-к V кп + п
(11.34)
9,42 -
Далее вычисляется момент инерции упругой линии оси компенсатора относительно оси м3.
М.
Максимальный макс. Н ' М,
3,14
кп + тс
МКЕ1к_________
(кп + 3,14) J
изгибающий
(11.35)
. (11.36)
момент
J -Г9.42 , XS~L к
10,28m к
3,14m2 к
+ 0.67m3 +
М = Р
'мМЗКС 1 :
Ps- 3,14R кп + 3.14
(11.37)
+ 2m2 + 2m + р(m + 2)2 R3 — Д|ру2. (11.30)
Сила упругого отпора компенсатора Рх, Н,
рх=^Е1 (И-31)
здесь Д/к — расчетная компенсирующая способность, м; Е — модуль упругости стали с учетом температуры, Н/м2; I — момент инерции поперечного сечения трубы, из которой изготовляется компенсатор, м4 *.
Максимальный изгибающий момент действует в верху компенсатора (на прямом участке в месте начала изгиба) (рис. 11.5)
Ммакс = РЛН-У'), (11.32) где Н — вылет компенсатора. М — изгибающий момент в сечении на стыке с трубопроводом, обычно в 2 — 3 раза меньше.
Для компенсаторов, укладываемых бес-канальным способом (например, с тепловой изоляцией гидрофобными засыпками или тугоплавкими битумами), свободный изгиб прямых участков в поперечном направлении сильно затруднен или вообще невозможен. Поэтому в уравнении (11.29) 2nR =0, откуда следует:
Lnp = (2m + P + ^\R. (11.33)
\ к /
В результате уменьшения L,ip сила Рх возрастает на 30 — 40%, а компенсирующая способность уменьшается на 10—12%.
Омегообразные компенсаторы, не имею-
Коэффициент Кармана для гнутых отводов определяется по формуле
к = при h > 0,3, (11.38)
10+12/г2
где h = R8/r2p — параметр; R — радиус гнутья отвода; 8 — толщина стенки трубы; гср — радиус поперечного сечения трубы (по середине толщины стенки). Для сварных и короткозагнутых штампованных отводов (по исследованиям ВНИИСТ) коэффициент Кармана определяется по формуле
к = /г5/6/1,52, (11.39)
где
/r = RA%2P; Яэ= ^(1 +ctga); (11.40)
* В формулах (11.28) - (11.30) и ниже р означает коэффициент пропорциональности длины прямых участков, а не давление теплоносителя.
R3 — эквивалентный радиус сварного отвода.
Для сварных отводов (под углом 90°). составленных из двух секторов, а = 15°, а для от водов из трех и четырех секторов а = 1 Г. Необходимо указать, что в некоторых руководствах по теплоснабжению для сварных отводов необоснованно принято к = 1, что значигельно увеличивает размеры П-образных компенсаторов.
По теории Кармана напряжения изгиба под действием изгибающих моментов равной величины в изогнутых трубах в несколько раз больше, чем на прямых участках. Поэтому в расчеты вводится коррекционный коэффициент ть зависящий от параметра h-
Параметр h......... 0.5 0,3 0,15 0,10 0.07 0.05
Коэффициент М| . . . 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
Более точно Ш] можно определить по формуле:
для гнутых отводов
mt = 0,84/1/Х2; (11.41)
I7S
Таблица 11.3. Типоразмеры компенсаторов по рис. 11.6
Дна 1'Р Dy, ММ метр уб Dlt. ММ /7, м Ь. мм С, ММ (/. мм (\ мм J. мм Л, мм /, мм L. м Д/к, мм Примечания
50 51 0,6 0,8 1,0 1.2 1200 1200 1200 1200 500 500 500 500 200 400 600 800 100 100 100 100 150 150 150 150 200 200 200 200 314 314 314 314 2,05 2.45 2.85 3,25 50 70 100 120 L — выпрямленная длина компенсатора
100 108 1,2 1,6 2.0 2,4 2600 2600 2600 2600 1100 1100 1100 1100 300 700 1100 1500 200 200 200 200 300 300 300 300 450 450 450 450 707 707 707 707 4,28 5,02 5.82 6,62 100 150 250 280 Д/к — компенсирующая способное! ь, при условии предваритель-
125 133 1,5 2,0 2,5 3,0 2970 2970 2970 2970 1310 1310 1310 1310 •440 940 1440 1940 250 250 250 250 300 300 300 300 530 530 530 530 832 832 832 832 5,08 6,05 7,05 8,05 100 180 260 310 ной растяжки при монтаже на Л/к/2. Допускаемые рабочее давление до 2 МПа,
150 159 1.8 2,4 3,0 3,6 3520 3520 3520 3520 1560 1560 1560 1560 540 1140 1740 2340 300 300 300 300 350 350 350 350 630 630 630 630 989 989 989 989 6,0.3 7,23 8,43 9,63 120 220 280 350 itMiiepa । ура до 200 С
,’00 2 19 2,4 3,2 4,0 4,8 4600 4600 4600 4600 2100 2100 2100 2100 700 1500 2300 3100 400 400 400 400 400 400 400 400 850 850 850 850 1335 1335 1335 1335 7,94 9,64 11.14 12,74 160 240 350 420
?5о 27 1 3,0 4,0 5.0 6,0 5500 5500 5500 5500 2500 2500 2500 2500 1000 2000 3000 4000 500 500 500 500 500 500 500 500 1000 1000 1000 1000 1571 1571 1571 1571 9,78 11,78 13,78 15,78 200 310 400 600
300 325 1.6 4,8 6,0 7.2 6800 <i800 6800 (>800 3100 3100 3100 3100 1100 2300 3500 4700 600 600 600 600 600 600 600 600 1250 1250 1250 1250 1963 1963 1963 1963 11.85 14,25 16,65 19,65 260 400 500 680
350 377 4,2 5,6 7.0 8100 8100 8100 3700 3700 3700 1200 2600 4000 700 700 700 700 700 700 1500 1500 1500 2355 2355 2355 13.92 16,72 19,52 320 470 640
400 427 4,8 6.4 8,0 9600 9600 9600 4400 4400 4400 1200 2800 4400 800 800 800 800 800 800 1800 1800 1800 2827 2827 2827 16,10 19,30 22,50 300 4)0 600
500 529 6,0 8,0 10,0 11000 11000 11000 5000 5000 5000 2000 4000 6000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 2000 2000 2000 3142 3142 3142 19,56 23,56 27,56 350 500 650
Рис. 11.6. Схема типоразмеров П-образных компенсаторов с гнутыми отводами
'Iтя сварных отводов
wj =-- 0,9//i0-67. (11.42)
Напряжения изгиба на изогнутых участках компенсаторов следует определять по формуле
gk = wi^’ (11.43)
ите М определяется из уравнений (11.32) — (11.37).
При проектировании тепловых сетей нет необходимости рассчитывать каждый из устанавливаемых П-образных компенсаторов по вышеприведенным формулам. Это может потребоваться только при проверке прочности и компенсирующей способности компенсаторов с заранее заданными размерами и ни при выборе их наиболее рациональной конфигурации (например, отношения ширины к размеру вылета).
В табл 11.3 приведены монтажные гипоразмеры и компенсирующая способность П-образных компенсаторов, изготовленных по схеме рис. 11.6, в табл. 11.4—11.7 — параметры компенсаторов с гнутыми и сварными отводами.
В табл. 11.8 содержатся технические характеристики труб и отводов.
В магистральных трубопроводах большой проз яженности возможно снизить гидравлические потери при циркуляции теплоносителя заменой П-образных компенсаторов на L-образные, которые имеют в два раза меньшее местное гидравлическое сопротивление. При этом также уменьшаются трудозатраты на изготовление сварных отводов компенсаторов. Увеличение затрат .металла (груб) на изютовление L-образных компенсаторов не превышает 10—12%.
Расчетная схема компенсатора представлена на рис. 11.7.
Координата упрут ого центра м,
_R (0,85 + 1,1m) + R(m + />)(0.58+ 0,7m) ys _ _
, 3,14 „
2« -I-------h 2т + р
к
(1 1.44)
Приведенная длина оси Z^p, м,
Lnp = 2nR + — + 2mR + PR. (11.45) к
Статический момент инерции Ixs, м3,
(О 77 \ 0,4 + +
/с /
+ т/?3(0,16 + — | + 0,37 — + к ] к
+ PR3 (0,58 + 0,7m) - Lnpy2. (11.46) Максимальный изгибающий момент Ммакс, Н м,
Ммакс = Р. (0,lmR + 0,58/? - ys), (11.47) где Рч = A/K£///Xs.
Компенсационное напряжение изгиба на изогнутом участке, в вершине компенсатора М ак + т, —
К 1 W величина ок приведена выше.
Напряжения изгиба от сы компенсатора в данном ваются.
собственной масел у чае не учиты-
Рис. 11.7. Расчетная схема L-образных компенсаторов
Таблица 11.4. Осевые силы Рк, кН, для П-образных компенсаторов с гнутыми отводами при Д/к = 1 см
Выле г компенсатора Н. м Условный диаметр труб, мм Примечания
80 100 150 200 250 300 400 SQO
1,5 0,3 0,6 0,9 2,0 Приведенные в таблице вели-
2,0 0,18 0,3 0.6 1,8 3,0 чины Рк следует умножить на
2,5 0,1 0.2 0,4 1.0 2,0 3,0 расчетную величину удлинения
3,0 0,08 0,12 0,25 0,6 1,2 2,0 3.0 трубопровода А/к, см
3,5 0,10 0,20 0,5 0.9 1,4 2,0 3,0
4,0 0,08 0,15 0,3 0,7 1.0 1,8 2,2
5,0 0,05 0,10 0.2 0,4 0,6 0,9 1,4
6,0 0,12 0,25 0,4 0,6 0,9
7,0 0,10 •0.20 0.3 0,45 0,6
8,0 0,08 0,15 0,2 0,35 0,5
9.0 0,05 0,10 0,18 0,25 0,35
10,0 0,08 0.12 0,2 0,30
Таблица 11.5. Осевые силы Рк, кН, для П-образных компенсаторов со сварными отводами при А /к — 1 см
Вылет Условный диаметр труб, мм
компен 200 — 250 Примечание
ел ора //, м 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200
4 0,35 1,1 0,7 2,0 2,5 6,0 Приведенные в
5 0,20 1,1 1,5 3,0 4,0 таблице величины
6 0,15 0,45 0,75 1,0 2,0 2,5 3,0 4,0 Рк следует умно-
7 0,10 0,3 0,5 0.7 1,4 1,8 2,1 з,о 4,0 жить на расчет-
X 0,22 0,38 0,5 1,1 0,8 1,3 1,6 2,2 3,0 4,5 ную величину уд-
9 0,18 0,30 0,4 1,0 1,2 1,6 2,5 3,5 линения трубо-
10 0,12 0,22 0,35 0,6 0,8 1,0 1,3 1,8 3,0 провода Д/к, см
1 1 0,25 0,5 0,65 0,8 1,1 1.6 2,4
12 0,20 0.4 0,5 0,7 0,8 1,5 1,8
13 0,18 0,35 0,4 0.5 0,7 1.0 1,6
14 0,30 0,35 0,45 0,6 0,8 1,3
|5 0,25 0,3 0,40 0,5 0,7 1.2
Таблица 116 Компенсирующая способность Д/к, мм, П-образных компенсаторов с гнутыми отводами
Выле1 компенсатора Я, м Условный диаметр труб, мм Примечание
S0 - 80 100 150 200 — 250 300 400 500
1,5 НО 140 Составлено при стк = 160 МПа с уче-
2,0 250 250 160 150 160 140 том предварительной монтажной рас-
2,5 330 280 320 180 тяжки компенсаторов на 50% рас-
3 400 350 280 250 200 170 140 четного температурного удлинения
3,5 500 450 350 300 250 200 170 трубопровода
4 500 420 350 310 250 200
5 550 450 400 320 260
6 600 500 410 350
7 600 500 400
8 600 500
9 570
10 650
Таблица 11.7. Компенсирующая способность Л/к. мм, П-образных компенсаторов со сварными отводами
Вылет компен-са гора Я, м Условный диаметр труб, мм Примечан ие
200 — 250 300 400 500 600- 800 900 — 1200
4 160 130 100 Составлено при <тк = 160 МПа с уче-
5 220 170 140 том предварительной монтажной рас-
6 270 220 180 160 тяжки компенсаIоров на 50% рас-
7 350 260 220 190 180 четного гемпературного удлинения
8 400 310 260 230 200 180 трубопровода. 1. е. на А/,/2
9 360 300 260 230 200
10 400 350 300 270 230
11 380 330 300 260
12 370 330 300
13 420 370 320
14 400 370
15 400
11.7. Расчет трубопроводов на самокомпенсацию температурных расширении
Трубопроводы, самокомпенсирующиеся за счет собственной i ибкости, находят самое широкое применение в проектировании и строительстве тепловых сетей. Участки трубопроводов с самокомпенсацией наиболее надежны в эксплуатации, не имеют утечек теплоносителя и не требуют регулярного наблюдения за работой.
Посредством неподвижного закрепления трубопроводов на опорах, устанавливаемых в ряде точек по длине трассы, можно так распределить температурное удлинение труб под влиянием нагрева А/, между отдельными участками, что перемещения труб, усилия и напряжения в них не будут превышать допустимых заранее заданных величин.
Наибольшее применение имеют следующие самокомпенсирующиеся схемы трубопроводов: плоскостные Г-образные с прямым или тупым углом поворота, Z-образные с тремя расчетными участками, пространственные Z-образные схемы с тремя участками, расположенными в трех различных плоскостях (применяются только в пределах котельных, бойлерных, насосных перекачивающих станций).
Для расчета компенсационных напряжений и усилий ниже использован известный метод упругого центра, детально рассмотренный в [128, 134].
Г-образная схема (рис. 11.8) получила наиболее широкое применение.
В приведенных ниже формулах /, и 12 — длина прямых участков, R — радиус изгиба отвода, ys и xs — оси координат с началом н г очке s — упругом центре, xs и у„ м,—
координаты центра упругости в системе .х, у с началом координат в точке В [134]:
о 2
0,57 — + 0,5/i + l2R
ys =-------к---------------. (ц.48)
^пр
n2
0,5/f + l,R + 0,5---
xs=--------------------(11.49)
^np
где приведенная длина оси Lnp, м
4, = /,+/2 + 1.574, (11-50)
к
момент инерции осевой линии Ixs, м3, относительно оси xs:
Ixs = 0,354^ + 4 + l22R + l2R2 - Lnpy2s; К J
(11.51)
момент инерции осевой линии Iys, м3, относительно оси ys;
/3 d3
iys = ~ + Hr + hR2 + 0,35 - ьпрх2
3 к
Рис. 11.8. Расчетная схема Г-образных само-компенсирующихся трубопроводов
центробежный момент инерции осевой линии lxys, м3, относительно осей х, и г,
рЗ
/xys = 0,07- -LIipx ч (1154) к
Силы упругого отпора 1\ и Р,. II
р = ± Л/'1" J (|| 54)
I 1 - Г-
* Х5Л у& 1 X I S
р = S)
। те Д/у — температурное х i шпини' участка /. в направлении оси т м А/, тсмпера-। vpnoe удлинение участка /, и направлении оси х, м.
Изгибающий момип
в сечении А
MA = PAh I К '>1 1\У>, (11 56) в сечении (
Mc~P.il । К г,) - Pyxs, (11.57) в сечении Н
МВ=РА\. о "•/<) । J\(xs-0.29Р). (11.58)
Коми> in .iiinoiiiioc напряжение изгиба ак на прямом s'lmikc
crK = M/W,
II.I II ИН ИХ I ом
стк = MBmJW.
Формулы (11.48) —(11 58) дают возможное и. ЮЧНО1 о определения компенсационных напряжений в Г-образных схемах с прямым yi 1ом. Более сложный расчет Г-образных схем с тупым углом приведен в [128, 134].
Расчеты по формулам (11.48)-(11.58) показывают, что максимальные из1ибающие моменты и напряжения действую! в сечениях А и С более короткою участка в спучаях, когда 8 > п 2 при любом соотношении п/р (см. рис. 11.8), где n — li/R: р = 1,/R.
На изогнутом участке в сечении В напряжения увеличиваются и становятся равными напряжениям в сечениях А и С при cooi-ношении п/р = 1, п/р = 2 или п/р = 3 при условии, что р находится в пределах от 10 до 20. Учитывая, что по теории Кармана на изогнутых участках труб изтибаюшие напряжения увеличиваются по сравнению с прямыми участками, следует проверять прочность в сечении В по формуле
ак = Мвпц/№,
и в тех случаях когда Мв меньше, чем МА или Мс-
Для трубопроводов Г-образной конфигурации с длинными прямыми участками,
Рис. 119. Расчетная схема Z-обратных самокомненсируюшихея трубопроводов
дополнительную гибкость отводов можно нс учитывать, если или 12 больше (10 1 о А’. I. с. принять R = 0, к = 1, го! да форм\ ни (11.48). (11.58) существенно упрощаются
(,’25Я;,И.59)/
ТГ !
3
(I I 60)
/„--'
3
1
0,25м2/^
- - ; (11.61) х\
СИЛЫ РЛ И l\ 1Н.1Ч1Н 11ИОЦЯ (11.54), (1155) Мам iiM.i ii.iii.iii
п = 12/1\.
где
по формулам
изгибающий момент на вено ишкипи опоре
корот кот о плеча
МА = PxVi - р, (/, х,) 11164)
Расчет Z-образного самокомпеш прую-щетося теплопровода (рис 1110ооич i н>*сц Первоначально опре тс 1ятон я м»>|> пш.пы упругого центра.
0,5/]-0^4 К II. /,) Л,г
-,14К 4 1,57 ~12 4О.з/' I н I / /, , ’/</, к к
, I 1 I 66)
т те
/-up — 11 + I) + I1 I 1 I 1 11 1 67)
за тем
1Х, = 4.7 R- + 5,14/, f 1 з/ К/' । 1 /! । к к - к т
4- l22R + i2R2 + r2i2 4- 4RI,P I .1/С/,
(I I 68)
Л, = -*/1 +у/з +Rli + К/l I A’ (/, I /,) +
№ 4-0,7----(1169)
К