Определение диаметров трубопроводов на участках системы отопления

Для распределения теплоносителя между отопительными приборами в системах отопления используют трубопроводы выполненные из черной и нержавеющей стали, меди, различных мо­дификаций полиэтилена PE-Х, полипропилена PP, полибутилена PB, а также многослойных труб PE-Xс-Al-PE-X и др.Основными технико-экономическими требованиями при определении диаметров трубопрово­дов в системах отопления являются:

• минимизация эксплуатационных затрат на преодоление гидравлического сопротивления при циркуляции теплоносителя в системе;

• минимизация капитальных затрат при строительстве на трубопроводы и запорно-регулирую­щую арматуру принятых диаметров.

Для удовлетворения первого из требований, диаметры трубопроводов и установленной ре­гулирующей арматуры должны быть в пределах обеспечения минимальной скорости движения теплоносителя 0,2 — 0,25 м/с, необходимой для удаления пузырьков воздуха, которые способны образовывать воздушные пробки.

Малые скорости движения теплоносителя приводят к увеличению диаметров трубопроводов и, как следствие, к ряду отрицательных моментов при строительстве и эксплуатации систем во­дяного отопления:

• увеличение материалоемкости (металлоемкости) системы;

• увеличение стоимости системы отопления;

• увеличению количества (объема) теплоносителя в системе;

• снижение быстродействия системы (увеличение тепловой инерции).

Для обеспечения минимизации капитальных затрат по второму экономическому условию — диаметры трубопроводов и арматуры должны быть наименьшими, но не приводящими при рас­четном расходе теплоносителя к появлению гидравлических шумов в трубопроводах и запорно-регулирующей арматуре системы отопления, которые возникают при значениях скорости тепло­носителя 0,6 – 1,5 м/с в зависимости от величины коэффициента местного сопротивления.

Очевидно, что при противоположной направленности приведенных требований к величине определяемого диаметра трубопровода существует область целесообразных значений скорости движения теплоносителя. Как показывает опыт строительства и эксплуатации систем отопления, а также сопоставление капитальных и эксплуатационных затрат, оптимальная область значений скоростей движения теплоносителя находится в пределах 0,3…0,7 м/с. При этом удельные потери давления будут составлять 45…280 Па/м для полимерных трубопроводов и 60…480 Па/м для стальных водогазопроводных труб.

Учитывая более высокую стоимость трубопроводов из полимерных материалов, целесообраз­но придерживаться более высоких скоростей движения теплоносителя в них для предотвраще­ния увеличения капиталовложений при строительстве. При этом эксплуатационные затраты (ги­дравлические потери давления) в трубах из полимерных материалов в сравнении со стальными трубами будут меньше или оставаться на том же уровне благодаря значительно более низкой величине коэффициента гидравлического трения.

Для определения внутреннего диаметра трубопровода d_eH на расчетном участке системы ото­пления при известном транспортируемом тепловом потоке и разности температур в подающем и обратном трубопроводах At_СО = 90 — 70 = 20 °С (для двухтрубных систем отопления) или расходе теплоносителя удобно пользоваться таблицей.

Дальнейший выбор трубопроводов для инженерных систем жизнеобеспечения, в том числе и отопления, заключается в определении типа трубы, которая при планируемых условиях экс­плуатации обеспечит максимальную надежность и долговечность. Столь высокие требования объясняются тем, что трубопроводы систем горячего и холодного водоснабжения, отопления, теплоснабжения установок вентиляции и кондиционирования воздуха, газоснабжения и других инженерных систем проходят практически через весь объем здания. Стоимость трубопроводов всех инженерных систем в сравнении со стоимостью здания менее 0,1%, а авария или замена трубопроводов при их сроке эксплуатации менее срока эксплуатации здания приводит к значи­тельным дополнительным затратам на косметический или капитальный ремонты, не говоря о возможных убытках при аварии на восстановление оборудования и материальных ценностей, находящихся в здании.

Все трубы промышленного изготовления, которые применяют в системах отопления можно разделить на две большие группы: металлические и неметаллические. Главная отличительная особенность металлических труб – механическая прочность, неметаллических – долговечность.

На основании предварительно определенного внутреннего диаметра трубопровода принима­ют соответствующий диаметр условного прохода dу для металлических труб или наружный диа­метр и толщину стенки трубы dнxs для полимерных (металлополимерных) трубопроводов.

Разные типы труб имеют различные механические, гидравлические и эксплуатационные ха­рактеристики, оказывающие различное влияние на процессы гидродинамики и распределения тепловых потоков в системе отопления. Известно, что при снижении гидравлических потерь давления на трение при движении теплоносителя в трубах повышается эффективность регулиро­вания расходом теплоносителя (тепловым потоком) отопительного прибора за счет увеличения (перераспределения) срабатываемого располагаемого давления на регулируемых вручную или автоматически вентилях, кранах, клапанах или другой арматуре. При этом говорят о росте ав­торитета регулирующего вентиля. Под авторитетом регулирующей арматуры следует понимать долю располагаемого на регулируемом участке давления, которая расходуется на преодоление местного сопротивления вентиля (клапана) при движении теплоносителя.