Исследование гидравлических сопротивлений в современных системах отопления

Исследование гидравлических сопротивлений в современных системах

Аннотация: в данной статье выявлена проблема современной системы отопления, которая заключается в падении давления на конкретных участках, которые приводят к уменьшению тепловой производительности. Для практического исследования разработана схема, целью которой является определение гидравлических потерь на 2 участках, с установленными на них арматурами, которые имеют определенный коэффициент сопротивления. Основой для расчета выбран метод удельной потери давления. Ключевые слова: гидравлическое сопротивление, система отопления, местное сопротивление, потеря давления, линейная потеря, регулирующий клапан, тепловой поток, удельная потеря, предварительная настройка.

Потребление энергии в России, как и во всем мире, неуклонно растет и, прежде всего, для обеспечения теплотой инженерных систем зданий и сооружений. Основными тепловыми затратами на коммунально-бытовые нужды в зданиях являются затраты на отопление [1,2]. Современные отопительные установки являются динамичными системами, которые во время эксплуатации работают в разных режимах [3]. Потери возникают на разных участках из-за особенностей системы или из-за самостоятельного изменения давления с помощью балансируемой арматуры [4,5]. Падение давления на конкретном участке приводит к уменьшению его тепловой производительности [6]. Одна из основных задач - снизить возможные потери напора, что позволяет улучшить регулирование отдельных участков и системы в целом. Для того чтобы рассчитать оптимальные диаметры труб по участкам ответвления, определить потери давления на участках, произвести увязку приборов и запорно-регулирующей арматуры сети, оценить расходы теплоносителя на участках необходимо сделать гидравлический расчет системы [7,8]. Теоретически гидравлический расчет основан на уравнении:

отопления

Д.Г. Усадский, К.А. Цибизова, Д.М. Бекларян

Волгоградский государственный технический университет, Волгоград Институт архитектуры и строительства

др = й  £ н- г,

где йР - линейные потери давления; Я - удельные потери давления в трубе; I - длина трубы; 2 - потери давления в сопротивлении (отводы, краны и т.д).

Уравнение справедливо применимо для конкретного участка.

Для практического исследования, разработана схема исследования гидравлических сопротивлений системы отопления. Работа экспериментальной установки, заключается в моделировании гидравлических потерь на разных участках системы. Теплоноситель из емкости 1, поступает на участки системы с различными гидравлическими сопротивлениями, для определения потерь давления применяется Ц-образные жидкостные манометры, для подсчета количества теплоносителя установлен счетчик 6, для прокачки теплоносителя в емкость 1 применен насос 2, для предотвращения преждевременного выхода из строя насоса, применяется сетчатый фильтр 3 .

При проведении эксперимента выбрано 2 участка трубы й = 15 мм для измерения гидравлического сопротивления, на 1 участке в качестве арматуры используется терморегулирующий клапан Яа-К, обеспечивающий регулирование теплового потока отопительного прибора системы отопления путём изменения расхода теплоносителя через прибор в зависимости от изменения температуры воздуха в обслуживаемом помещении. Регулирующий клапан Яа-К оснащен встроенным устройством для предварительной настройки (примером является таблица №1) [9].

Прямой участок 2 без гидравлических потерь, используется для сравнения с предыдущими участками.

Состав экспериментальной установки (рис.1) включает в себя:

- мембранный бак 1;

- насос 2;

- сетчатый фильтр 3;

- и- образные жидкостный манометр 4;

- терморегулирующий клапан 5;

- счетчик 6;

- штуцер для подключения манометра 7;

- шаровой кран 8.

1

Рис. 1. - Схема экспериментальной установки

Таблица №1

Определение предварительной настройки клапана Яа-К 15

Перепад / давл,ммт вод./ На От стр-ка Расход, кг/ч

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500 600 700

0,1 - - - 1 - - - 2 - 3 4 5 6 7 - N

0,2 1 2 3 4 5 - 6 7 - - N - - - - - -

0,3 1 2 3 4 - 5 - 6 - 7 N

0,4 - - - - - - - 1 - 2 3 - 4 - 5 - 6 - 7 N

0,5 1 - 2 3 4 - - 5 - 6 7 N

Окончание таблицы №1

0,6 1 2 3 - 4 - 5 - 6\7 - N - - - - -

0,8 1 2 3 - - 4 - - 5 6\7 N

1 1 2 3 - - 4 - - 5 6 7 N - - - -

2 1 2 - 3 - - - 4 5 6 7 N - - -

Основой для расчета выбран метод удельной потери давления[10,11]. Цель, которого заключается в подсчете потерь давления на трение и на местные сопротивления каждого участка системы. Данный метод применяется для расчета систем с естественной циркуляцией. Потери давления расчетного циркуляционного кольца определяются по формуле (2):

где - длина участка, м; й - удельная потеря давления на трение, Па/м; Р- - динамическое давление, Па; - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Удельная потеря давления на трение Я прямо пропорциональна

коэффициенту трения X и динамическому давлению Р„ и обратно

пропорциональна диаметру трубы й, определяется по формуле (3).

Потери давления в местных сопротивлениях 2 зависят от направления движения теплоносителя и изменения его скорости и определяются по формуле (4):

г = = у-р li

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке.

Таким образом, экспериментальная установка даст возможность исследовать и рассчитать конкретные гидравлические сопротивления, с помощью метода удельных линейных потерь давления, современных систем отопления.

1.Скорик Т.А., Галкина Н.И.,Василенко А.И., Энергоэффективность присоединения водяного отопления к тепловым сетям, // Инженерный вестник Дона, 2017,№1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/4016.

2. Bhatia A. Heat Loss Calculations and Principles, M04-003 Continuing Education and Devekopment, NY. 52 p.

3. Сканави А.Н., Махов Л.М, Отопление: Учебник для вузов. - М.: Издательство АСВ, 2008. - 576 с.

4. Дьяченко А.С., Руденко Н.Н. Исследование и моделирование динамики потерь тепла, // Инженерный вестник Дона, 2017 №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2017/4105.

5.Пырков В.В. Гидравличекое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. - К.: ДП «Таюсправи», 2010. - 304 с.: ил.

6. Hans U. Fuchs. The Dynamics of Heat: A Unified Approach to Thermodynamics and Heat Transfer. 734 p.

7. Коврина О.Е. Отопление гражданского здания. Примеры расчета: методические указания к курсовому и дипломному проектированию / М-во образования и наука Рос. Федерации. Волгоград: ВолгГАСУ 2014. - 35 с.

Литература

8. Снежко В. Л. Современные способы обработки данных в исследованиях гидравлических сопротивлений турбулентных потоков.Научно-технический вестник Поволжья, 2011, №1. URL: elibrary.ru/item.asp? id=16313442.

9. Паспорт. Клапаны регулирующие типа RA-N. URL: logika-consortium.ru/wp-content/uploads/2017/01/Pasport-termoregulyatora-RA-N.pdf

10. Альтшуль А.Д. Гидравлическое сопротивления. 2-е перераб. И доп. -М.Недра, 1982. -224 с.

11. Пырков В.В. Особенности современных систем водяного отопления. 2-е изд., перераб. И доп. - К.: 11ДП Таю справи, 2003. - 58 с.

References

1. Skorik T.A., Galkina N.I.,Vasilenko A.I., Inzenernyj vestnik Dona (Rus),2017,№1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/4016.

2. Bhatia A. Heat Loss Calculations and Principles, M04-003 Continuing Education and Devekopment, NY. 52 p.

3. Skanavi A.N., Mahov L.M, Otoplenie: Uchebnik dlja vuzov [Heating: Textbook for high schools]. M.: Izdatel'stvo ASV, 2008. 576 p.

4. D'jachenko A.S., Rudenko N.N.Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2017. №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2017/4105.

5. Pyrkov V.V. Gidravlichekoe regulirovanie sistem otopleniya i ohlazhdeniya, [Hydraulic control of heating and cooling systems]. 2010. 304 p.: il.

6. Hans U. Fuchs. The Dynamics of Heat: A Unified Approach to Thermodynamics and Heat Transfer. 734 p.

7. Kovrina O.E. Otoplenie grazhdanskogo zdanija [Heating of a civil building]. Volgograd: VolgGASU 2014. 35 p.

8. Snezhko V.L.Nauchno-tehnicheskij vestnik Povolzh'ja, 2011, №1. URL: elibrary.ru/item.asp?id=16313442.

9. Pasport.Klapany reguliruyushchie tipa RA-N URL [Passport. Control valves type RA-N]. URL: logika-consortium.ru/wp-content/uploads/2017/01/Pasport-termoregulyatora-RA-N.pdf

10. Al'tshul' A.D. Gidravlicheskoe soprotivlenija. [Hydraulic resistance]. I dop. M.Nedra, 1982. 224 p.

11. Pyrkov V.V. Osobennosti sovremennyh sistem vodyanogo otopleniya. [Features of modern water heating systems]. 2-e izd., pererab. I dop. K.: IIDP Taki spravi, 2003. 58 p.