Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Отопление и вентиляция. Отопление-1

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
20.11.2023
Размер:
13.56 Mб
Скачать

приборе. Приняв уровень горизонтального обратного трубопрово­ да за исходный, определим разность гидростатического давления двух столбов воды равной высоты

р =

{hy0-\-hlyT) + AJ Yn

 

(ÏM)

где первая величина в

скобках — давление столба воды

справа;

вторая —давление воды слева; уг — объемная масса

(нагретой)

воды; у0 — объемная масса (охлажденной) воды.

(II. 1) полу­

После алгебраических преобразований выражение

чит вид

 

 

 

 

p — h(y0уя).

 

(II.2)

Так как Yo>Yn то и hy0>hyг. Следовательно,, давление

столба

воды охлажденной больше давления воды горячей.

 

 

По формуле (II.2) определяют давление, которое является при­ чиной движения воды в циркуляционном кольце.

Рассмотрим простейшую схему водяного отопления с естествен­ ной циркуляцией.

На рис. II. 1, б цифрами обозначены: 1 — генератор тепла (в данном случае котел); 2 — расширительный сосуд; 3 — нагреватель­ ный прибор; 4 — трубопроводы. Таким образом, основными частя­ ми системы отопления являются генератор тепла, нагревательные приборы и трубопроводы, расширительный сосуд.

Система отопления работает следующим образом. После напол­ нения системы водой из водопровода и удаления из нее воздуха (в данном случае через расширительный сосуд) приступают к нагре­ ванию воды в котле.

Процесс циркуляции воды в системе происходит аналогично рассмотренному выше.

Пренебрегая потерей тепла в трубопроводе и принимая уровень

горизонтального обратного трубопровода за

исходный, определим

в пройзвольно выбранном сечении нижней

трубы

I—I разность

давлений от столбов воды с правой и левой стороны:

 

 

 

P = p75Ïr+ ^4 Уг ^ Y?—h(^зЧ- ^2 + ^l) YoJ —

 

 

>^lVo+ ^2

“Ь(Л3 + /74~f /75)Yrj »

 

 

(H-3)

где первая сумма в квадратных скобках — давление

столба

 

воды

справа; вторая

сумма — вычитаемая — давление

воды

слева;

(Yr+Yo)/2 — средняя объемная масса воды в нагревательном

при­

боре, кг/м3, соответствующая температурам

воды

входящей

tr и

выходящей t0; (Yo+Yr)/2— средняя объемная масса воды в

котле,

соответствующая температурам

воды, входящей t0 и выходящей

/г из котла.

 

 

 

 

 

 

Так как в данной схеме все количество тепла, вырабатываемое в котле, поступает в нагревательный прибор для нагревания поме­ щения, то при отсутствии потерь тепла трубопроводами объемную

массу горячей воды уг в котле и нагревательном приборе можно принять одинаковой, так же как и объемную массу охлажденной воды у0, входящей в котел и выходящей из нагревательного при­ бора.

Выражение (П.З) после алгебраического преобразования при­ мет вид

/?==("2' + /!3 + ^ ) (Yo_Yr)-

Но поскольку

P = h { Yo —Yr).

(H.4)

т. e. действующее в циркуляционном кольце давление в кг/м2 равно произведению вертикального расстояния между серединами высот

Гл.ст.

котла и нагревателъно-

го прибора на разность

 

объемных масс охлаж­

 

денной и горячей воды,

 

циркулирующей

в

си­

 

стеме

[аналогично

 

(П.2)].

 

 

на­

 

Рассмотрим,

 

Рис. II.2. К определению располагаемого дав­

сколько

правомерно

ления в системах водяного отопления с естест­

принимать

величину- h

венной циркуляцией

за расстояние

между

 

серединами

высот

кот­

ла и нагревательного прибора.

Выделим плоскостями А и Б .участки главного стояка и нагре*

вательного прибора (рис. II.2). Легко видно, что

разность давле­

ний в пределах высоты h будет равна

 

ДР = /г(уср.„р- у г),

(II-5)

где уср.пр -1- средняя объемная масса воды в приборе, определяемая по выражению:

Ycp.np = (Yr-Ho)/2-

 

Отсюда можно определить Др и по выражению

 

д/?=/г/2 (у0 — уГ)

 

или

 

h (Ycp.up ~ Yr)= Л/2 (Yo - Yr)-

(H-6)

Уравнение (II.6) должно быть справедливым, так как зависи­ мость объемной массы воды от температуры практически линейная.

Пример. Определить Ар, если дано: h = 0,5 м; уг=95°С; уо= =70° С; уэ5° с=961,92 кг/м3; у7о°с=977,81° С; ^ср.пр=82,5° С; ув2,5° с =

=970,24 кг/м3 (см. приложение).

Ре ш е н и е . Применим формулу (II.6)

h (У82,Б° С — У95° с) = А/2 (У70° С — Y950 с)-

После подстановки получим:

0,5 (970,24 - 961,92)=0,25 (977,81 - 961,92);

4,16=; 3,973 кг/м2.

Расхождение составляёт 4,5%, т. е. относительно невелико; следовательно, при определении давлений расчетная высота от се­ редины нагревательного прибора правомерна.

На основании принципиальной схемы применяют системы водя­ ного отопления с естественной циркуляцией, описанные ниже.

Рис. II.3. Водяная двухтрубная си-

Рис. 11.4. Принципиальная çxe-

стема отопления с верхней раз-

ма водяного отопления с верх-

водкой и естественной циркуля-

ней разводкой (к определе­

нней

нию Ар)I.

I.Водяная система отопления двухтрубная с верхней разводкой

иестественной циркуляцией. Как видно из рис. П.З, эта система сложнее по сравнению с принципиальной схемой. В отличие от дви­ жения воды, поступающей из генератора тепла в один нагреватель­ ный прибор или по одному циркуляционному кольцу, здесь вода поступает в три нагревательных прибора, расположенных в схеме параллельно друг другу или в три циркуляционных кольца черев каждый нагревательный прибор.

Кольцом водяной системы отопления называется замкнутый

контур, состоящий из последовательно расположенных участков системы и проходящий через один из нагревательных приборов.

Систему называют двухтрубной потому, что она имеет две са­ мостоятельные трубы для питания нагревательных приборов го­ рячей водой и для отвода охлажденной воды.

В системе с верхней разведкой подающую (горячую) маги­ страль располагают выше нагревательных приборов системы (обычно под потолком верхнего этажа или на чердаке).

На основании изложенного выше расчетное давление в кг/м2 для циркуляционного кольца через нагревательный прибор первого этажа составит

Р\ = К (Уо— Уг)-

Для циркуляционного кольца через нагревательный прибор второго этажа соответственно

-Pl= tl2(у0—уг),

адля циркуляционного кольца через нагревательный прибор третьего этажа

А = А3 (Yo“ Yr)>

где Ai, А2, A3 — расстояния между серединами высот котла и нагре­ вательных приборов соответственно 1, 2 и 3-го этажей; у0, уг— объемные массы обратной (охлажденной) и горячей воды.

При рассмотрении принципиальной схемы водяного отопления было сказано, что трубопроводы изолированы так, что вода не ох­ лаждается. Фактически трубопроводы теряют тепло, вследствие чего температура воды в них понижается по мере удаления ее от генератора тепла.

Рассмотрим явление охлаждения подающих трубопроводов в системе отопления с верхней разведкой.

Обозначим среднюю температуру воды в подающих участках

системы через /ь t2, /3, U, U>U, t7 и / 8

(рис. П.4).

Очевидно, что t\> U > t7, так же

как t\> t2> ti Соответственно

этому t\>ts, так как tz>t7. Тогда объемные массы воды на тех же участках системы соответственно будут отличаться так: У1<уз<У7;

Yl<Y4<Y8-

На рис. Н.4 показаны столбы воды соответствующей темпера­ туры. Очевидно, в циркуляционных кольцах возникнут дополни­ тельные давления. Так, дополнительное давление в циркуляцион­ ном кольце стояка 1 будет равно

Р \ = (A1Y3 + A2Y4) ““ ЬУг »

а в. циркуляционном кольце через стояк 2

ft = (AiY7 + A2Y8)--AYi.

Отсюда становится ясным, что р2>р\. Дополнительное давле­ ние зависит от протяженности системы и от числа этажей здания.

Полное давление в системе отопления с верхней разводкой, ко­ торое обеспечивает движение воды в циркуляционных кольцах

системы, определяют по формуле

У,)+ДР. (И-7)

где Ар— дополнительное давление от охлаждения воды в трубо­ проводах системы отопления с верхней разводкой.

Величину Ар принимают в зависимости от горизонтального рас­ стояния от главного стояка до стояка, через нагревательный прибор которого проходит расчетное кольцо, и числа этажей в здании.

Дополнительное давление от охлаждения воды в трубопрово­ дах составляет значительную величину по сравнению с давлением, определяемым по формуле (11,4), и поэтому пренебрегать им нельзя. Так, для двухтрубной системы водяного отопления распо­ лагаемое давление без учета дополнительного давления за счет охлаждения воды в трубопроводах составит

р=1, (уо_ уг)=3,0(977,81 —961,92) = 47,67

кг/м2,

где h — вертикальное расстояние от центра котла

до центра на­

гревательного прибора, равное 3,0 м; у0 — объемная

масса обрат­

ной (охлажденной) воды, при температуре 70° С;

уг— объемная

масса горячей воды, кг/м3, при температуре 95° С.

 

Дополнительное давление Ар в трубопроводах для двухтрубной системы с верхней разводкой и естественной циркуляцией воды для зданий в три или четыре этажа принимается по табл, прилож. il, выдержка из которой приведена ниже.

Расстояние, м

До 10

10-20

2 0 -3 0

3 0 -5 0

5 0 -7 5

Ар , кг/м2

25

25

25

30

35

Отсюда видно, что дополнительное давление Ар от охлаждения воды в трубопроводах двухтрубной системы с верхней подводкой составляет ощутимую величину (более 50%) от основного распо­ лагаемого давления.

II. Водяная система отопления двухтрубная с нижней развод­ кой и естественной циркуляцией. В этой системе (рис. II.5) подаю­ щую и обратную магистрали прокладывают внизу (в подвале или подпольных каналах). Это обстоятельство является причиной того, что воздух из системы при наполнении ее водой и во время экс­ плуатации удаляется не через расширительный сосуд, как в систе­ ме с верхней разводкой, а через специально устраиваемые воздуш­ ные линии и воздухоотводчики.

Дополнительное давление от охлаждения воды в трубопрово­ дах здесь не учитывается. Для объяснения этого рассмотрим про­ стейшую схему двухтрубной системы отопления с нижней' развод­ кой и естественной циркуляцией (рис. II.6).

Для простоты на схеме показано лишь два нагревательных прибора (/ и //). Воздух удаляется здесь через' специально уста­

новленные в верхних радиаторных пробках воздушные краны Маев­ ского.

Как же отразится на величине располагаемого давления эффект охлаждения воды в трубах? Обозначим высоту горячего подающе­ го стояка, питающего нагревательный прибор II, через Аг и высоту обратного охлажденного стояка этого прибора через h0.

Рис. II.5. Водяная двухтрубная

Рис. II.6. Водяная двухтрубная систе-

система отопления с нижней

ма отопления с

нижней разводкой

разводкой и естественной цир-

(к определению

располагаемого дав-

куляцией

ления)

В результате теплоотдачи температура воды в обоих стояках •понизится и соответственно увеличатся объемные массы воды по сравнению с теоретической величиной, принятой в формуле (II.4), т. е. объемные массы воды В обратном и горячем стояках вместо у0 и уг теоретически, как в формуле (II.4), будут иметь значения

у0фи у А

Отсюда видно, что в виду снижения температуры в горячем и обратном стояках уоф> у 0 и угф>угТогда располагаемое давление (в кг/м2) можно найти из выражения

P — h (Уо — Ут)+ Л0 (уÎ — у о) — АР<(у? — уг).

(Н-7а)

Выражение Аг(угф—уг) участвует в формуле с отрицательным знаком, так как увеличение веса столба воды, поднимающейся вверх, не способствует циркуляции, т. е. снижает определяемое ■формулой (П.4) располагаемое давление. Выражение же А0(Уо*— —у0) участвует в формуле с положительным знаком, поскольку увеличение веса столба водй, опускающейся вниз, способствует циркуляции, иначе говоря, повышает располагаемое давление.

Однако эти величины практически равны:

К (Уо — Уц)~ К (у£—Уг).

Тогда после сокращения выражение (II.7а) примет вид

Р = А(у0- у г).

Следовательно, в системах с нижней разводкой дополнитель­ ное давление от охлаждения воды в трубах учитывать не нужно.

При выборе систем отопления с естественной циркуляцией пред­ почтение отдают системам с верхней разводкой, поскольку они по­ зволяют учитывать дополнительное давление от охлаждения воды

в трубопроводах.

 

 

 

 

 

 

 

 

здания с

Исключением из правил могут служить, например,

плоской ' кровлей, когда по эсте­

 

 

 

тическим соображениям

разводя­

 

 

 

щие магистрали системы с верх­

 

 

 

ней

разводкой

недопустимо про­

 

 

 

кладывать под потолком

верх­

 

 

 

него этажа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III.

Вертикальная однотрубная

 

 

система водяного отопления с за­

 

 

 

мыкающими участками

и естест­

 

 

 

венной циркуляцией. Система на­

 

 

 

зывается

однотрубной

 

потому,

 

 

 

что

одна

и та

же

труба — стояк

 

 

 

служит для подвода и отвода во­

 

 

 

ды из нагревательного прибора.

 

 

 

 

При этом, как видно из схемы

S)

 

 

(рис. П.7;, в), часть теплоносите­

 

 

 

 

 

ля

воды

проходит,

минуя

нагре­

 

 

 

вательные приборы по замыкаю­

 

 

 

щим участкам.

двухтрубных

в

 

 

 

В отличие от

 

 

 

однотрубных

системах

нагрева­

 

 

 

тельные

приборы

и

присоединены

 

 

 

последовательно

температура

 

 

 

входящей в них горячей воды

не

Рис. II.7. Водяная система отопления

одинакова, так как вода, проходя

вертикальная однотрубная с замыка­

по цепочке приборов,

постепенно

ющими

участками, с

естественной

циркуляцией (к определению распо­

охлаждается.

 

Принципиально

лагаемого давления) :

нагревательные приборы каждого

а — общая

схема; б — малое циркуляци­

стояка

однотрубной

вертикаль­

 

онное кольцо

 

ной

системы

можно

рассматри­

 

 

 

вать как один общий прибор с средневзвешенным центром нагрева. При таких условиях верхний и нижний приборы являются как бы верхом и низом одного общего прибора. Поэтому в однотрубной системе нижние приборы прогреваются даже в случае расположе­ ния их ниже котла, что невозможно в двухтрубных системах с ес­ тественной циркуляцией.

В двухтрубной системе отопления циркуляционные кольца про­ ходят через каждый нагревательный прибор, что является отличи­ тельной чертой гидравлической характеристики двухтрубных систем.

В однотрубной системе отопления с замыкающими участками циркуляционные кольца проходят через стояки, при этом одно

кольцо — через замыкающие участки, второе — через подводки к нагревательным приборам (и сами приборы).

Давление, которое обеспечивает движение воды в циркуляцион­ ных кольцах однотрубной системы с замыкающими участками, мо­ жет быть определено двояко:

1) через замыкающие участки pi

1 1 2 2 3 3

Лгуг]+ АР,

(П.8 )

Pi = [(AY + AY + AY ) -

 

где hiy\, A2Y2, Л3уз — давления столбов воды; hr= âi+ h2+h3; Ар — дополнительное давление воды в трубах, принимаемое для систем с верхней разводкой;

2 ) через нагревательные приборы рп

Z7!! — ( [Л 1Vl Ч" (^2 ~ • Л ) Y2 Н- (^3 — ^ ) Ï3 “Ь ^Ynp 1 + h Ynp 2 +

+ АУнр з]— ArYr) + Ар,

(П.9)

где h — высота нагревательного прибора по центрам

подводок;

Ynpi. Ynp2, Ynp3 — объемные массы воды соответственно

в приборах

1 , 2 и 3. 1-го, 2 -го и 3-го этажей.

 

Так как Ynpi>Y2î Ynp2>Y3; Ym>3>Yr. нетрудно видеть, что рп>рь Определив разность давления рп—Рь после сокращений полу­

чим

 

P n -P i = h (YIip 1 — Ya)+ A (Y..P2 ~ Уз) + A(Y.,Pз — Yr).

(Н-10)

где Ynpi, Ynp2>Упрз выражены в общем виде зависимостью упр= = (YnoA+Yo6p)/2 , причем упод и уобр— объемные массы воды соот­ ветственно в подающей и обратной подводках нагревательного прибора.

Таким образом, в однотрубной системе отопления с замыкаю­ щими участками, помимо циркуляционных колец, через стояки дей­ ствуют так называемые Малые циркуляционные кольца, образо­ ванные подводками к нагревательным приборам и замыкающим участкам (рис. II.7, б). Таких малых циркуляционных колец в си­ стеме столько, сколько нагревательных приборов.

Выражение (11.1 0 ) представляет собой сумму давлений, возни­ кающих в малых циркуляционных кольцах. Диаметры трубопрово­ дов малого циркуляционного кольца необходимо принимать с учетом действующего в них располагаемого циркуляционного дав­ ления.

Располагаемое давление для преодоления гидравлических по­ терь в нагревательном приборе и подводках к нему рпод определя­ ют по уравнению

A,oA=/>3.y + AAY.

ИЛИ

( 11. 11)

где рз.у — гидравлические

потери в замыкающем участке; узу—

объемная масса воды в замыкающем участке;

AY

Упод "Ь Уобр

Уз.у

2

 

 

В свою очередь гидравлические потери в замыкающем участке должны быть равны:

 

,

/

Упод + Уобр ’

\

Р з . у = = Рпоя

^

у

2

Y3.yJ

IV. Водяная система отопления вертикальная, однотрубная, про­ точная с естественной циркуляцией. В отличие от однотрубной си­ стемы с замыкающими участками здесь через стояк с односторон­ ним присоединением приборов проходит только одно циркуляцион­ ное кольцо и поэтому система называется проточной (рис. II.8 ).

Рис. II.8. Водяная однотрубная

Рис. II.9. Водяная однотрубная

система отопления

вертикаль­

система отопления горизонтальная

ная проточная с

естественной

с замыкающими участками и ес­

циркуляцией

тественной циркуляцией

Проточная однотрубная система выгодно отличается от двух­ трубной и однотрубной с замыкающими участками систем боль­ шей гидравлической устойчивостью.

Давление, которое обеспечивает движение воды в циркуляцион­ ном кольце, определяют по формуле

Р= [(AJYI + A2Y2+ А3у3) - AYr] + A/7»

(H.12)

где hj — расстояние от середины котла до середины нагревательно­ го прибора, м; h2, A3 — вертикальные расстояния между середина­ ми нагревательных приборов соответственно 1-го и 2 -го, 2 -го и 3-го этажей.

Особенностью однотрубной проточной системы отопления явля­ ется то, что на подводах к нагревательным приборам с односторон­ ним присоединением их к стоякам запорно-регулирующую армату-

ру не устанавливают, так как полное закрытие кранов (в случае их установки) на подводках к нагревательным приборам приведет к полному бездействию нагревательных приборов всего стояка. При двустороннем присоединении приборов к стояку установка кранов возможна только на подводке одного из двух приборов, если по­ следние установлены в одном помещении для местного регулирова­ ния части нагревательных приборов.

V. Водяная система отопления горизонтальная однотрубная с замыкающими участками и естественной циркуляцией. Устройство горизонтальной однотрубной системы (рис. II.9) с замыкающими участками отличается от вертикальной тем, что здесь к горизон­ тально проложенным трубам нагревательные приборы присоедине­ ны аналогично присоединению нагревательных приборов к систе­ мам вертикальных однотрубных систем с замыкающими участками.

Удаление воздуха из системы производится через воздушные краны, устанавливаемые в верхних радиаторных пробках нагрева­ тельных приборов.

Циркуляционные кольца в этой системе аналогично однотруб­ ной вертикальной системе проходят через замыкающие участки нагревательных приборов и подводки к нагревательным приборам.

Давления в циркуляционных кольцах системы определяют: через замыкающие участки нагревательных-приборов 1-го этажа

по формуле

Pi=ài [y0—yr)+ àpi

аналогично через замыкающие участки приборов 2-го этажа и т. д.

P2=h2{y0- y T)+ àp;

через подводки к нагревательным приборам (например, для 1-го- этажа)

A = M Y0- Yr)+ A (YCoP — YrP) -1- Др,

где hi, h2— высота от середины котла до горизонтальных разводя­ щих трубопроводов соответственно 1-го и 2-го этажей; h — высота от оси горизонтальной разводящей трубы до Оси радиаторной проб­ ки (места присоединения подводок к нагревательному прибору), м; Уо, Ут— объемные массы воды в обратном и подающем стояках си­ стемы, кг/м3; у0ср, угср— средние объемные Массы воды в подвод­ ках к приборам: обратной и подающей; Ар — дополнительное дав­ ление от охлаждения воды в трубах (принимаемое, как известно, в системах с верхней разводкой); в данном случае ввиду незначи­ тельности этим давлением можно пренебречь.

Расчет трубопроводов однотрубной горизонтальной системы предпочтительнее вести сначала через замыкающие участки нагре­ вательных приборов, а затем рассчитатьмалые циркуляционные кольца, т. е. произвести расчет подводок к нагревательным при­ борам.