Использование трубопроводов в системах кондиционирования и вентиляции
В системах кондиционирования теплоноситель перемещается по трубопроводам. Необходимый диаметр труб зависит от расхода теплоносителя.
При движении теплоносителя по трубопроводу происходят потери давления из-за гидравлических сопротивлений: трения и местных сопротивлений. Поэтому для расчета трубопровода используют формулы гидравлики. Принципы гидравлического расчета не зависят от вида теплоносителя, которым может быть вода, пар, хладагенты и т.д.
Наиболее распространенный метод расчета трубопроводов - метод удельных потерь давления. Этот метод состоит в раздельном подсчете потерь давления на трение и на местные сопротивления в каждом участке системы труб.
Потери давления в трубопроводе на трение
Потери давления на преодоление сил трения зависят от плотности и скорости течения теплоносителя, а также параметров трубопровода. Потери на трение Pтр измеряются в кг на кв.м. и рассчитываются по формуле:
Pтр = (x*l/d) * (v*v*y)/2g,
где x - безразмерный коэффициент трения, l - длина трубы в метрах, d - диаметр трубы в метрах, v - скорость течения перемещаемой среды в м/с, y - плотность теплоносителя в кг/куб.м., g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2).
Коэффициент трения x определяется материалом и шероховатостью стенок трубы, а также режимом движения жидкости. Различают два режима течения: ламинарное и турбулентное.
Чтобы не рассчитывать каждый раз потери на трение в трубе, составлены таблицы гидравлических потерь в зависимости от диаметра труб и расхода жидкости. Они содержатся в справочниках проектировщика систем кондиционирования. Ниже приведена таблица гидравлического расчета для обыкновенных стальных водогазопроводных труб (ГОСТ 3262-62), по которым движется вода.
Режимы течения жидкости
- Ламинарное течение
Потоки жидкости перемещаются в направлении течения, без образования вихрей. Гидравлическое сопротивление трубопровода зависит только от скорости движения теплоносителя. При скоростях теплоносителя, не превышающих 1-2 м/с, можно для расчетов считать течение ламинарным.
- Турбулентное течение
При повышении скорости течения теплоносителя возникает турбулентность течения. Кроме перемещения в направлении потока, струи жидкости завихряются. При этом гидравлическая шероховатость труб повышается, то есть сильно увеличивается сопротивление трения. Поэтому при перемещении теплоносителя по трубопроводу нужно избегать турбулентностей.
Потери давления в трубопроводе на местные сопротивления
При изменении направления и скорости движения теплоносителя в трубопроводе системы кондиционирования возникают дополнительные сопротивления. Они называются местными и происходят в клапанах, отводах и т.п.
Потери давления на местные сопротивления на участке трубопровода рассчитываются по формуле:
Рмест = W* (v*v*y)/2g,
где v - скорость течения перемещаемой среды в м/с, y - плотность теплоносителя в кг/куб.м., g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2), W - суммарный коэффициент местных сопротивлений на данном участке. Он определяется опытным путем либо содержится в справочниках.
Потери давления на местные сопротивления Z ищут отдельно для каждого участка сети трубопровода.
- Сначала определяют суммарный коэффициент W для участка.
- Затем умножают на динамический напор теплоносителя (v*v*y)/2g.
Замечание: при расчете водяных систем можно воспользоваться упрощенной формулой: Рмест = 50W*v*v.
Расчет общих потерь давления
Общие потери давления складываются из действия трения и местных сопротивлений: Р = Ртр + Рмест.
- Определяем потери давления на самом нагруженном участке. Обычно это самый удаленный от источника тепло-или холодоснабжения участок трубопровода.
- Затем приравниваем потери давления в последующих ответвлениях к потерям на самом нагруженном участке. Допустимо расхождение до 10-15%.
- Складывая потери давления частей трубопровода, получим общие потери давления в трубопроводе системы кондиционирования.
Таблица гидравлического расчета протекания воды по стальным трубам
Расход воды, л/с |
Скорость воды (м/с) - верхняя строка, потери давления (мм на 1 м) - нижняя строка, для труб с условным проходом (мм):
|
10 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 70 | 80 | 100 |
0.05 |
0.47 91.5
|
0.29 28.8
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0.1 |
0.95 325.5
|
0.59 100 |
0.31 21.1 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0.15 |
1.42 707
|
0.88 211 |
0.47 43.6 |
0.28 12.5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0.20 |
1.89 1257
|
1.18 360 |
0.62 73.5 |
0.37 20.9 |
0.21 5.11 |
- |
- |
- |
- |
- |
0.25 |
2.37 1964 |
1.47 560 |
0.78 110.6 |
0.47 31.2 |
0.26 7.57 |
0.2 3.9 |
- |
- |
- |
- |
0.30 |
2.84 2829 |
1.77 807 |
0.94 155 |
0.56 43.4 |
0.31 10.5 |
0.24 5.4 |
- |
- |
- |
- |
0.35 |
3.31 3850 |
2.06 1078 |
1.09 206.4 |
0.65 57.5 |
0.37 13.8 |
0.28 7.1 |
- |
- |
- |
- |
0.40 |
- |
2.36 1435 |
1.25 265.6 |
0.75 73.5 |
0.42 17.5 |
0.32 9 |
- |
- |
- |
- |
0.45 |
- |
2.65 1816 |
1.4 336 |
0.84 91.3
|
0.47 21.6 |
0.36 11.1 |
0.21 3.1 |
- |
- |
- |
0.5 |
- |
2.95 2242 |
1.56 415 |
0.93 111 |
0.52 26.2 |
0.4 13.4 |
0.24 3.7 |
- |
- |
- |
0.6 |
- |
- |
1.87 597 |
1.12 156 |
0.63 36.5 |
0.48 18.6 |
0.28 5.2 |
- |
- |
- |
0.7 |
- |
- |
2.18 813 |
1.31 210 |
0.73 48.4 |
0.56 24.6 |
0.33 6.8 |
0.2 2.1 |
- |
- |
0.8 |
- |
- |
2.5 1062 |
1.5 274 |
0.84 61.9 |
0.64 31.3 |
0.38 8.6 |
0.23 2.62 |
- |
- |
0.9 |
- |
- |
2.81 1344 |
1.69 346 |
0.94 77 |
0.72 39 |
0.42 10.7 |
0.26 3.23 |
- |
- |
1 |
- |
- |
3.12 1660 |
1.87 428 |
1.05 93.6 |
0.8 47.2 |
0.47 12.9 |
0.29 3.89 |
0.2 1.6 |
- |
1.25 |
- |
- |
- |
2.34 688 |
1.31 143 |
0.99 71.4 |
0.59 19.4 |
0.36 5.79 |
0.25 2.4 |
- |
1.5 |
- |
- |
- |
2.8 962 |
1.57 206.3 |
1.19 100.3 |
0.71 27 |
0.43 8.03 |
0.3 3.36
|
- |
1.75 |
- |
- |
- |
- |
1.83 280.8 |
1.39 136 |
0.82 35.9 |
0.5 10.6 |
0.35 4.4 |
0.224 1.14 |
2 |
- |
- |
- |
- |
2.09 366.8 |
1.69 178 |
0.94 46 |
0.58 13.5 |
0.4 5.6 |
0.24 1.5 |
2.5 |
- |
- |
- |
- |
2.61 573.1 |
1.99 278 |
1.18 69.6 |
0.72 20.3 |
0.5 8.4 |
0.29 2.26 |
3 |
- |
- |
- |
- |
|
2.39 400 |
1.41 99.7 |
0.86 28.4 |
0.6 11.7 |
0.35 3.13 |
3.5 |
- |
- |
- |
- |
|
2.79 544 |
1.65 137 |
1.01 37.8 |
0.71 15.5 |
0.41 4.12 |
4 |
- |
- |
- |
- |
|
|
1.88 177 |
1.15 48.5 |
0.81 19.8 |
0.47 5.25 |
4.5 |
- |
- |
- |
- |
|
|
2.12 224 |
1.3 60.9 |
0.91 24.6 |
0.53 6.49 |
5 |
- |
- |
- |
- |
|
|
2.35 277 |
1.44 75.2 |
1.01 30 |
0.59 7.86 |
5.5 |
- |
- |
- |
- |
|
|
2.59 335 |
1.58 91 |
1.11 35.8 |
0.65 9.36 |
6 |
- |
- |
- |
- |
|
|
2.83 399 |
1.73 108.3 |
1.21 42 |
0.71 11 |
6.5 |
- |
- |
- |
- |
|
|
|
1.87 127 |
1.31 49.3 |
0.77 12.7 |
7 |
- |
- |
- |
- |
|
|
|
2.02 147.4 |
1.41 57.2 |
0.82 14.6 |
7.5 |
- |
- |
- |
- |
|
|
|
2.16 169.2 |
1.51 65.6 |
0.88 16.6 |
|