книги / Отопление и вентиляция. Отопление-1

Р а с х о д г а з а д л я о т о п л е н и я определяют в м3/ч по формуле

где Q — количество тепла (расчетное), ккал/ч; QHp — теплотворная способность газа (низшая), ккал/м3; г\ — коэффициент полезного действия прибора.

Расчетное давление газа перед прибором — 40ч-150 мм вод. ст.

ГЛАВА XII

РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И УСТОЙЧИВОСТЬ ИХ РАБОТЫ

Гидравлическая устойчивость водяных систем отопления. Под

гидравлической устойчивостью систем водяного отопления понима­ ют степень соответствия расхода теплоносителя-воды через каждый нагревательный прибор его теплоотдаче. Следовательно, повыше­ ние гидравлической устойчивости является одной из важнейших задач проектирования систем отопления.

Согласно гидравлическому расчету в каждый из нагреватель­ ных приборов должно поступать определенное количество тепло­ носителя в зависимости от его теплоотдачи. При этом следует стремиться к тому, чтобы гидравлическая устойчивость системы обеспечивалась при полностью открытых регулировочно-запорных устройствах, размещаемых обычно на подводках к нагревательным приборам. В этом случае по окончании монтажа системы не воз­ никнет необходимости регулировать подачу теплоносителя крана­ ми на подводках для обеспечения нормального прогрева приборов всей системы при работе ее в расчетном режиме (например, при /г=95° С и /о = 70°С).

Обеспеченная при расчетном режиме гидравлическая устойчи­ вость системы, может нарушиться в эксплуатационный период при других наружных температурах, из-за чего становится необходи­ мым регулирование системы.

В большинстве водяных насосных систем центрального отопле­ ния важной причиной нарушения нормальной работы систем явля­ ются естественные давления, действующие в системах параллель­ но с давлением, создаваемым насосами. Величина этих давлений изменяется одновременно с качественным регулированием систем.

Отсюда видно, что гидравлическую устойчивость системы сле­ дует рассматривать при работе не только на расчетном режиме (первоначальная гидравлическая устойчивость), но и при работе на других режимах (эксплуатационная гидравлическая устойчи­ вость).

Ниже рассмотрены характеристики гидравлической устойчиво­ сти некоторых систем отопления.

§ 43. ДВУХТРУБНЫЕ СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Рассмотрим первоначальную гидравлическую характеристику при расчетном режиме работы двухтрубной системы водяного отоп­ ления с естественной циркуляцией, для чего определим вначале располагаемые давления в циркуляционных кольцах системы.

Располагаемые давления в кольцах через нагревательные при­ боры 1—5 -го этажей будут равны соответственно:

в кольце через прибор 1-го этажа

Px= h \ (Yo— Yr):

через прибор 2 -го этажа

Pu = fh{ Y»- Yr)î

через прибор 3-го этажа

P u l = h3 {Yo-Yr):

через прибор 4-го этажа

P w = h A (Yo-Yr):

через прибор 5-го этажа

P v = h s {y0— Yr).

где h\, h2, h3, h4 и h5— расстояния между центрами котла и нагре­ вательного прибора соответственно 1—5-го этажей.

Удельные располагаемые давления на 1 м циркуляционного кольца через приборы 1—5-го этажей будут соответственно равны:

нагревательные приборы всех пяти этажей одинакова, т. е.

2 / i = 2 / i i = 2 / m = 2 / IV= 2 / v,

а

чего нельзя сказать о располагаемых давлениях в этих кольцах

рх< р п < р ш < P IV < pv-

Иопользуя формулу (П.4), определим величины располагае­ мых давлений для конкретных условий: £Г=95°С, /о=70°С, hi = =3,0 м, А'2 = 6 м, А з = 9 м, /ц = 12 м, h3= 15 м.

После подстановки получим:

pi = 3 (977,81 —961,92)=47,67 кг/м2;

/7» = 6 (977,81 - 961,92)=95,34 кг/м2;

/>ш = 9 (977,81 - 961,92) = 143,01 кг/м2;

р 'V= 1 2 (977,81 - 961,92) = 190,68 кг/м2;

pv = 15 (977,81 - 961,92) = 238,35 кг/м2.

Из сопоставления давлений видно, что располагаемое давление в кольце через прибор 1-го этажа меньше в 2 раза, чем через при­ бор 2-го этажа; в 3 раза меньше, чем через прибор 3-го этажа, и далее оно изменяется в той же последовательности. При этом до­ полнительным давлением от охлаждения воды в трубах здесь пре­ небрегаем.

Определим удельные располагаемые давления Р уд в расчетных участках каждого из пяти колец по существующей методике расчета трубопроводов.

Будем считать длину первого циркуляционного кольца равной 100 м (участки 2 и 4 имитиру­ ют разводящие магистра­ ли с ответвлениями стоя­ ков). Тогда удельное рас­ полагаемое давление в кольце, проходящем че­ рез прибор 1-го этажа, будет равно

ние на участках 9, 10, 11 циркуляционного кольца через прибор 2-го этажа составит

Аналогично определим удельное располагаемое давление на участках 12, 13, 14 циркуляционного кольца через прибор 3-го этажа:

Рул 12- 14— 13,4 кг/м2-м.

Удельное располагаемое давление на участках 15, 16 и 17 циркуляционного кольца, через прибор 4-го этажа:

/>ул 15 -1 7= 15,6 кг/м2-м.

Наконец, располагаемое удельное давление на участках 18 и 19 кольца через прибор 5-го этажа:

/^уд 18*19= 16,06 кг/м2-м.

Из рис. XII.2 и приведенных расчетов видно, Что на всех участках циркуляционного кольца, проходящего через прибор 1-го этажа, удельное располагаемое давление одинаковое, равное 0,477 кг/м2. В циркуляционном кольце, проходящем через прибор 2-го этажа,

13,4 — на участках новых, входящих в кольцо через прибор 3-го этажа.

В циркуляционном кольце, проходящем через прибор 4-го эта­ жа, действуют четыре удельных располагаемых давления: 0,477 — на участках, общих с циркуляционным кольцом через прибор 1-го этажа; 10 — на участке 10, общем с циркуляционным кольцом че­ рез прибор 2-го этажа; 13,4 — на участке 13, общем с циркуляцион­ ным кольцом через прибор 3-го этажа, и 15,6 — на участках 15, 16, 17, новых, входящих в кольцо через прибор 4-го этажа. Соответ­ ственно в циркуляционном кольце, идущем через прибор 5-го эта­ жа, действуют пять удельных располагаемых давления: 0,477, 10, 13, 4, 15,6 на участке 16 и 16,06 кг/м2 • м — на участках 18 и 19, входящих в кольцо через прибор 5-го этажа.

Результаты определения удельных располагаемых давлений в графическом виде показаны на рис. XII.2. Из расчетов и этого ри­ сунка видно, что в двухтрубной системе отопления с естественной циркуляцией, устроенной в пятиэтажном здании, удельное рас­ полагаемое давление на отдельных участках циркуляционных ко­ лец, проходящих через 1—5 этажи, не одинаково. На отдельных

участках удельное располагаемое давление в циркуляционных кольцах, проходящих через приборы 2—5-го этажей, соответствен­ но больше удельного располагаемого давления в кольцах, идущих через прибор 1-го этажа в 21, 28, 32,7 и 33,7 раз, а именно:

—=21; - ^ - = 2 8 ; - ^ - = 3 2 ,7 ; ^ = 3 3 , 7 .

0,477 0,477 0,477 0,477

Такой разнобой располагаемых давлений на участках в цирку­ ляционных кольцах одной и той же системы затрудняет гидравли­ ческий расчет трубопроводов системы отопления. Нужно подобрать диаметры трубопроводов так, чтобы фактические потери давления в каждом из циркуляционных колец отличались не более чем на 10% располагаемых.

Как показала практика, выполнить расчет трубопроводов с указанным запасом не удается и фактические потери давления в циркуляционных кольцах, идущих через приборы 2—5-го этажей, превышают располагаемое давление значительно больше 10%. Объясняется это отчасти тем, что сортамент труб, применяемых в отопительной технике, ограничивается диаметром в 15 мм. Прак­ тически имеется единственная возможность погасить избыточное давление кранами, устанавливаемыми для этой цели на подающих подводках к приборам. Кроме погашения избыточного давления, краны, как было показано выше, устанавливают для полного от­ ключения нагревательных приборов, что усложняет нормальную эксплуатацию системы.

Большая разница в располагаемых (действующих) давлениях на отдельных участках циркуляционных колец является основной причиной первоначальной гидравлической неустойчивости двух­ трубной системы отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией горячей воды. При этом, как это видно из расчета, степень гидравлической неустойчивости системы в целом возраста­ ет с увеличением этажности зданий.

Из анализа системы на рис. XII.2 видно, что разница распола­ гаемых давлений на участках циркуляционных колец особенно ве­ лика в двухэтажном здании, с увеличением же этажности величи­ на разности давлений сокращается.

§ 44. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Рассмотрим гидравлическую характеристику той же двухтруб­ ной системы отопления с верхней разводкой и естественной цирку­ ляцией в различных эксплуатационных режимах.

Воспользовавшись эксплуатационным графиком температуры воды (рис. ХП.З), определим прежде всего температуру теплоно­ сителя-воды при различной наружной температуре (качественное регулирование).

Определим располагаемые давления в системе при наружной температуре /н = —10° С и tB= +5° С.

для fH= + 5°C

Примем также расход теплоносителя при tB——30° С за 1; тогда при /н= —10° С и +5° С расход его составит:

Определим в относительных величинах гидравлические потери в системе при tB= —10° С и tB= +5° G. Для этого применим форму­ лу p = aG2.

Если коэффициент а для одной и той же системы является ве­ личиной постоянной, то гидравлические потери р будут зависеть от изменения расхода G.

Приняв р-з о = 1 , найдем гидравлические потери при tB= —10° С и + 5° С:

Р - 1о= 1 •0,852=0,68/?_30; /?+5= 1 • 0,6252=0,39/7_30.

Проверим, достаточно ли располагаемое давление для цирку­ ляции воды в кольце через прибор 1-го этажа:

р_з0=1-47,67=47,67 кг/м2 (по расчету 47,67);

^ _ 10= 0 ,68-47,67=32,5 кг/м2 (по расчету 26,04);

р +5= 0,39-47,67= 18 кг/м2 (по расчету 12,7).

Отсюда следует, что требуется корректировка графика темпе­ ратур теплоносителя, представленная на рис. ХП.З, или соответ­ ствующее дополнительное регулирование теплоотдачи нагреватель­ ных приборов в течение отопительного периода.

Для колец, проходящих через 2—5-е этажи, остается выявлен­ ная ранее гидравлическая несостоятельность двухтрубной системы при любых наружных температурах, хотя разнобой существенно снижается по сравнению с расчетным периодом при tB= —30? С.

Выводы. 1. Качественное регулирование в системе с естествен­ ной циркуляцией сопровождается одновременно и изменением ко­ личества циркулирующей воды.

2. Двухтрубная система с естественной циркуляцией характе­ ризуется гидравлической неустойчивостью, особенно в первоначаль­ ный период и в меньшей мере в эксплуатационный. Это означает, что при общем расходе воды в системе, равном расчетному, расход ее в верхних приборах будет больше, а в нижних меньше расчет­ ной величины. Например, если во 2-м этаже в системе для двух­ этажного здания избыточное давление не будет погашено краном на подводке нагревательного прибора, то расход воды в приборе верхнего этажа может превосходить в 3—4 раза расход воды в приборе 1-го. этажа при неизменном общем расходе в стояке.

3. Для уменьшения начальной гидравлической неустойчивости системы диаметры стояков и подводок к приборам должны быть подобраны таким образом, чтобы потери давления в циркуляцион­ ных кольцах приборов верхних этажей существенно превышали гидравлические потери в нижних приборах.

§ 45. ОДНОТРУБНЫЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

О д н о т р у б н ы е с и с т е м ы с з а м ы к а ю щ и м и у ч а с т ­ к а м и обладают боЛее высокой гидравлической устойчивостью по сравнению с двухтрубными системами. Объясняется это тем, что каждое циркуляционное кольцо проходит через все замыкающие участки или нагревательные приборы, присоединенные к стояку. Возникающие естественные давления в малых циркуляционных кольцах суммируется и положительно влияют на увеличение рас­ хода теплоносителя-воды через нагревательные приборы.

Вместе с тем в однотрубной системе, в отличие от двухтрубной, в стояках с неодинаковой поэтажной тепловой нагрузкой естест­ венные давления будут неодинаковыми. Однако расчеты показали, что возникающая по этой причине поэтажная разрегулировка си­ стемы невелика — практически она не имеет значения.

В о д н о т р у б н ы х с и с т е м а х со с м е щ е н н ы м и з а м ы ­ к а ю щ и м и у ч а с т к а м и гидравлическое сопротивление в под­ водках к нагревательному прибору уменьшается, сопротивление же в замыкающем участке увеличивается. Замыкающий участок мо­ жет быть выполнен из трубы меньшего диаметра, чем у стояка и подводок.

Экспериментальные исследования показали, что коэффициенты затекания при смещенных замыкающих участках больше, чем в осевых.

В о д н о т р у б н ы х п р о т о ч н ы х с и с т е м а х о т о п л е ­ ния коэффициент затекания самый высокий — он равен 1. Эти си­ стемы характеризуются самой высокой гидравлической устойчи­ востью.

Системы с замыкающими участками и трехходовыми кранами могут работать в режиме проточных систем, и поэтому они заслу­ живают широкого применения в строительстве. Однотрубные про­

ют проточными и с замыкающими участками. Аналогично одно­ трубной вертикальной системе гидравлическая устойчивость этой системы зависит в известной мере от правильного расчета малых циркуляционных колец. При использовании тепла от горизонталь­ но расположенных трубопроводов горизонтальная система по рас­ ходу нагревательных приборов выгодно отличается от однотруб­ ных вертикальных проточных систем.

Под тепловой устойчивостью понимают свойство систем отоп­ ления изменять теплоотдачу в соответствии с изменением теплопотерь ограждениями в связи с изменением наружной температуры.

По существу потребительская эффективность работы систем отопления определяется характеристикой их тепловой устойчи­ вости.

Гидравлическая устойчивость является основным условием обеспечения теплового режима в отапливаемом помещении; как правило, гидравлическую устойчивость считают синонимом тепло­ вой устойчивости.

Существо гидравлической и тепловой устойчивости насосных водяных систем отопления выражено уравнением

^t==S h ± l2 L _ tb.

АТ — температурный перепад воздуха внутри помещения (tB) и снаружи (tH).

Индекс п обозначает практические возможные расчетные усло­ вия; величины без индекса относятся к расчетному режиму.

В уравнении принято условие, что расход теплоносителя не ме­ няется в зависимости от наружной температуры воздуха.

Анализ уравнения (ХИЛ), а также факторов, влияющих на температуру воздуха в помещении (тепловая устойчивость ограж­ дений, зависимость коэффициента теплоотдачи нагревательного прибора от температурного напора), показывает, что гидравличе­ ская устойчивость систем водяного отопления является основным условием, устойчивости температурного режима отапливаемого помещения.

§ 47. РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДЯНЫХ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Тепловые потери4не являются постоянной величиной, они зави­ сят от изменения наружной температуры, скорости и направления ветра, солнечной радиации.

Даже правильно запроектированная и отрегулированная при определенных параметрах воды система центрального водяного отопления, как правило, не обеспечивает требуемых температур в помещении в течение всего отопительного сезона. Например, изме-

нение естественного давления в двухтрубных системах отопления с естественной циркуляцией при отсутствии регулирования вызы­ вает в помещениях, расположенных в разных этажах и обслужи­ ваемых одним и тем же стояком, колебания температур воздуха до 8°

Цель регулирования — обеспечить подачу в нагревательные приборы такого количества тепла, которое компенсировало бы тепловые потери помещения через ограждающие конструкции.

Изменение внутренней'температуры, вернее скорость ее измене­ ния, в большой степени зависит от массивности зданий, т. е. от теплоустойчивости ограждающих конструкций. Так, теплопотери через нетеплоемкие (безынерционные) ограждения (остекления) меняются вслед за изменением наружной температуры. В теплоем­ ких наружных ограждениях (стены, чердачные перекрытия) коле­ бания наружной температуры задерживаются и затухают.

Независимо от вида ограждений доминирующим фактором ре­ гулирования подачи тепла в здание является изменение наружной

Качественное регулирование подачи тепла Q в нагревательные приборы осуществляется изменением температуры теплоносителя t в системе, количественное — изменением расхода воды G, пода­ ваемой в нагревательные приборы.

Количественно-качественное регулирование осуществляется одновременным изменением температуры теплоносителя t и рас­ хода воды G. При снижении температуры уменьшается расход во­ ды, а в случае повышения температуры он увеличивается. Ком­ бинированное регулирование представляет сочетание качественно­ го (или количественно-качественного) регулирования с режимом пропусков.

В теории регулирования используют простые уравнения гид­ равлики и теплопередачи. Так, уравнение качественного регулиро­

другой наружной температуре t'B и неизменной температуре внут­ реннего воздуха iB.

Уравнение количественно-качественного регулирования системы

где G, tr и t0— количество циркулирующей воды G при расчетных температурах: наружного tB и внутреннего tB воздуха; G', t / и