Розділ 9. Гідравлічний розрахунок трубопроводів систем водяного опалення

9.1 Природний тиск, що виникає в системах водяного опалення

У результаті охолодження води в нагрівальних приладах і трубопроводі виникає природний тиск. Визначимо його величину в системі опалення, елементарна схема якої приведена на рис. 9.1. Система складається з котла 1, теплопроводів 2, які з’єднують котел з нагрівальним приладом 4, і розширювальної посудини 3. Для циркуляції води в системі необхідна різниця тиску в будь-якому перерізі трубопроводу кільця.

Основна зміна температури води в системі за умови якісної теплоізоляції її теплопроводів відбувається в котлі, де вода нагрівається, і в опалювальних приладах, де вона охолоджується. При цьому вважають, що нагрівання води відбувається в середині котла, а її охолодження – у середині опалювального приладу (в теплопроводах вода не охолоджується). Тому теплопроводи від котла до опалювальних приладів (подавальні) заповнені гарячою водою з температурою , °С, і густиною , кг/м³, а від приладів до котла (оборотні) – охолодженою водою з температурою , °С, і густиною , кг/м³. Подавальні теплопроводи показані на схемі суцільною лінією, а оборотні – переривчастою.

Візьмемо, наприклад, переріз А-А нижньої труби і визначимо тиск праворуч і ліворуч.

Рисунок 9.1 – Схема для визначення природного тиску в двотрубній системі водяного опалення

Праворуч від перерізу А-А цей тиск буде більшим, ніж ліворуч, унаслідок більшої об’ємної ваги охолодженої води у порівнянні з об’ємною вагою гарячої води.

Тиск праворуч дорівнює:

,

Тиск ліворуч:

де – природний тиск, який діє на поверхню води у розширювальному баці.

Різниця тисків, або, як її прийнято називати, природний тиск:

Проводячи необхідні скорочення, одержимо:

,

(9.1)

Таким чином, природний циркуляційний тиск дорівнює добутку прискорення вільного падіння на вертикальну відстань від середини котла (центру нагрівання) до середини нагрівального приладу (центру охолодження) і різниці густин охолодженої й гарячої води.

Крім того, з формули (9.1) і схеми системи опалення, показаній на рис. 9.1, випливає: атмосферний тиск і висота розташування розширювальної посудини впливу на величину природного тиску не мають; для підвищення природного тиску необхідно заглиблювати котел, з метою збільшення відстані від центру котла до центру приладу.

При виведенні формули для визначення природного тиску було припущено, що вода, яка рухається в системі, охолоджується тільки в нагрівальному приладі. Насправді вона охолоджується ще й у трубопроводах системи.

Загальна величина природного тиску в кільці системи з урахуванням додаткового тиску, що виникає внаслідок охолодження в трубопроводах:

,

(9.2)

де – додатковий природний тиск від охолодження води в трубопроводах системи з верхнім розташуванням подавальної магістралі обумовлений додатком Л.

У системах з нижнім розведенням охолодження води в подавальних стояках (гарячих) зменшує дійсний тиск, а в спускному (оборотному) збільшує. Оскільки зменшення приблизно дорівнює збільшенню, то в системах з нижнім розведенням охолодження в трубопроводах не враховується.

У дво- і більше поверхових будівлях кількість циркуляційних кілець у двотрубній системі опалення дорівнює кількості нагрівальних приладів (без урахування приладів, які з’єднуються "на зчіпці"). Очевидно, що в кільці, яке проходить через прилад другого поверху, природний тиск, дорівнює:

,

(9.3)

де – природний тиск у кільці через прилад першого поверху;

– відстань від центру приладу першого поверху до центру приладу другого поверху.

У кільці через прилад третього поверху:

,

(9.4)

де – природний тиск у кільці через прилад другого поверху;

– відстань від центру приладу другого поверху до центру приладу третього поверху.

Надлишковий тиск у приладах верхніх поверхів призводить до інтенсивнішого руху води у відгалузках до приладу, що викликає перегрів приладів верхніх поверхів і недогрів приладів нижніх поверхів.

Тому на цих ділянках трубопроводів треба штучно створювати підвищений опір, а при монтажному регулюванні системи поповерхово змінювати ступінь відкриття кранів нагрівальних приладів.

В однотрубній системі кількість циркуляційних кілець дорівнює кількості опалювальних стояків. Вода охолоджується послідовно в приладах, приєднаних до стояка.

Природний тиск в однотрубних системах визначається з урахуванням зміни температури теплоносія.

Рисунок 9.2 – Схема для визначення природного тиску в проточній однотрубній системі водяного опалення

У проточній однотрубній системі двоповерхової будівлі (рис. 9.2) природний тиск за аналогією з попередньою формулою буде дорівнювати:

,

(9.5)

Температура і, отже, густина визначається за формулою:

,

(9.6)

Температура в будь-якій точці стояка однотрубної системи багатоповерхової будівлі може бути визначена за формулою:

,

(9.7)

де – теплове навантаження нагрівальних приладів, розташованих вище точки X, в якій визначається температура води, Вт;

– теплове навантаження всіх нагрівальних приладів, приєднаних до даного стояка, Вт;

– температура гарячої води, що надходить у стояк, °С;

– температура охолодженої води, що виходить зі стояка, °С.