§ 7.5. Расчетное циркуляционное давление в насосной системе водяного отопления

Под расчетным понимают то значение общего циркуляционного давления, которое вы-брано для поддержания расчетного гидравлического режима в системе отопления. Расчет-ное циркуляционное давление выражает располагаемую разность давления (насосного и естественного), которая в расчетных условиях может быть израсходована на преодоление гидравлического сопротивления движению воды в системе отопления.

Разность давления, создаваемая насосом (насосное циркуляционное давление), постоянна в определенной рабочей точке его характеристики (см. рис. 3.11). Естественная разность

204

давления (естественное циркуляционное давление) переменна и подвержена непрерывно-му изменению в течение отопительного сезона из-за возрастания или убывания различия в плотности воды в разных частях системы. Следовательно, общее циркуляционное давле-ние также переменно, и задачей является выбор его значения в качестве расчетного.

Расчетное циркуляционное давление р_р в системе водяного отопления в общем виде можно определить по формуле

или

где р_н - циркуляционное давление, создаваемое насосом (см. § 3.4) или передаваемое в систему отопления через смесительную установку (см. § 3.5); р_е.пр, р_{е. тр} - естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды (нагретой до рас-четной температуры) соответственно в отопительных приборах и в трубах циркуляцион-ного кольца системы (см. §§ 7.4 и 7.3); Б - поправочный коэффициент, учитывающий зна-чение естественного циркуляционного давления в период поддержания расчетного гид-равлического режима в системе (Б≤1).

Воздействие переменного естественного циркуляционного давления вызывает отклонение от расчетного гидравлического режима системы, что отражается на количестве протека-ющей воды и в итоге на теплопередаче приборов.

По характеру воздействия естественного циркуляционного давления на расход воды (см. выводы в § 7.4) все насосные системы отопления многоэтажных зданий можно разделить на две группы:

• вертикальные однотрубные и бифилярные;

• горизонтальные однотрубные и бифилярные, двухтрубные системы. Расчетный гидравлический режим в этих группах систем приурочен к различным периодам отопительного сезона.

Для вертикальных однотрубных и бифилярных насосных систем (а также для любого вида систем отопления с естественной циркуляцией воды) этот период соответствует темпера-туре наружного воздуха t_н.р, расчетной для отопления зданий в данной местности. При этой температуре естественное циркуляционное давление в системах достигает своего максимального значения (Б=1). Тогда формула (7.37) для определения расчетного цирку-ляционного давления в системах отопления первой группы принимает вид

Для горизонтальных однотрубных и бифилярных, двухтрубных насосных систем отопле-ния расчетный гидравлический режим отнесен к периоду наиболее длительного стояния одной и той же температуры наружного воздуха (см. рис. 1). Для большинства районов России это температура близка к средней температуре отопительного сезона. В Москве, например, такая температура наружного воздуха удерживается свыше 2500 ч, т.е. около половины отопительного сезона. При этой температуре наружного воздуха в системе отопления возникает естественное циркуляционное давление, составляющее около 40 %

205

максимального его значения. Поэтому для второй группы насосных систем отопления в формуле (7.37) принимают Б=0,4 и тогда

Выбор разных периодов отопительного сезона для гидравлического расчета двух различ-ных групп систем водяного отопления делается с целью сохранить возможно дольше не-обходимую теплоотдачу отопительных приборов. Это одно из мероприятий, способству-ющих эффективности отопления здания.

Эффективность отопления здания связана с поддержанием заданной температуры поме-щений в течение требуемого периода времени при нормальных условиях эксплуатации. Заданная температура помещений может быть обеспечена только при строгом соответ-ствии теплоотдачи отопительных приборов расчетным предположениям в течение всего отопительного сезона. Следовательно, эффективность отопления обусловливается, прежде всего, надежностью системы отопления.

Надежная система отопления должна отвечать условиям безотказности, ремонтопригод-ности и долговечности. Но, кроме того, надежная система должна обладать тепловой устойчивостью.

Под тепловой устойчивостью системы, структура которой не нарушается (не проводятся отключения частей, изменения площади приборов и т.п.), понимается ее свойство пропор-ционально изменять теплоотдачу всех отопительных приборов при изменении температу-ры и расхода теплоносителя в течение отопительного сезона.

Большей тепловой устойчивостью отличаются системы первой группы - вертикальные однотрубные и бифилярные. Однако, чтобы обеспечить достаточно устойчивую их рабо-ту, при эксплуатации этих систем нужно уменьшать расход циркулирующей воды одно-временно с понижением ее температуры. Так, в теплый период отопительного сезона рас-ход воды в стояках следует уменьшать до приблизительно 60 % расчетного (рис. 7.25). Для такого изменения параметров теплоносителя необходимо проведение автоматическо-го качественно-количественного регулирования в течение всего отопительного сезона.

В большинстве случаев автоматического количественного регулирования не предусмат-ривают и роль естественного регулятора расхода воды предоставляют выполнять есте-ственному циркуляционному давлению. Его значения уменьшаются по мере уменьшения разности температуры горячей и охлажденной воды (на рис. 7.25, например, от 25 °С при t_н = -30 °C до 6,5 °С при t_н=10 °C). При этом сокращается расход воды во всех отопитель-ных приборах каждого стояка (что было установлено в § 7.4). Этим объясняется, что при определении расчетного циркуляционного давления в вертикальных однотрубных и би-филярных насосных системах отопления (см. формулу (7.38)) к насосному давлению при-бавляется максимальное значение естественного циркуляционного давления (Б=1).

206

Рис. 7.25. График изменения температуры и расхода воды в вертикальной однотрубной системе отопления в течение отопительного сезона: расчетные значения t_г=95 °C и t_о=70 °C соответствуют W=-30°C

Это положение можно пояснить рис. 7.26, где показаны характеристика циркуляционного насоса и отрезок суммарной характеристики двух "насосов" (механического и естествен-ного), вызывающих циркуляцию воды в системе. В рабочей точке А пересечения суммар-ной характеристики с характеристикой системы отопления (см. §3.4) под совместным влиянием давления двух "насосов" (Δр_н + р_е) обеспечивается расчетный расход воды в системе G_c (при расчетной для отопления температуре наружного воздуха). По мере по-вышения температуры наружного воздуха естественное циркуляционное давление уменьшается (вследствие уменьшения Δt, см. рис. 7.25), сокращается и расход воды в си-стеме (точка А на рис. 7.26 стремится к точке Б). В рабочей точке Б расход воды минима-лен и равен G_н (естественное давление равно нулю). Понятно, что, используя в качестве "регулятора" изменение естественного циркуляционного давления, можно лишь прибли-зиться (в среднем наполовину) к надлежащему количественному регулированию верти-кальных однотрубных систем отопления, а оптимальный гидравлический режим в них до-стижим только при автоматическом регулировании.

Рис. 7.26. Характеристика насоса (рабочая точка Б) и суммарная характеристика (с учетом

207

естественного циркуляционного давления р_е, рабочая точка А) применительно к верти-кальной однотрубной системе отопления (расход воды изменяется от G_н д_о G_c)

Меньшая тепловая устойчивость присуща горизонтальным однотрубным и бифилярным и, особенно, вертикальным двухтрубным системам отопления. В циркуляционных коль-цах этих систем в результате изменения различного по величине естественного циркуля-ционного давления заметно нарушается расчетный гидравлический режим отопительных приборов. Вода, подаваемая циркуляционным насосом в стояки, перераспределяется меж-ду ветвями и приборами. В холодный период отопительного сезона (t_н<t_cp.o.c) значительно увеличивается расход воды в верхней части систем при сокращении расхода в нижней ча-сти. В теплый период (t_н>t_{cp ос}) возрастает расход воды в нижней части за счет верхней.

Таким образом, в этих системах неизбежно возникает вертикальное гидравлическое и, как следствие, тепловое разрегулирование - нарушение тепловой устойчивости.

Выбор расчетного циркуляционного давления по формуле (7.39) создает условия для дли-тельного действия отопительных приборов горизонтальных однотрубных и бифилярных, вертикальных двухтрубных насосных систем в расчетном гидравлическом режиме с со-хранением тепловой устойчивости. Такой подход к выбору р_р способствует также уменьшению величины вертикального теплового разрегулирования при низкой и высокой температуре наружного воздуха и сокращению продолжительности этих периодов в про-цессе эксплуатации систем отопления.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Почему высота расположения открытого расширительного бака, соединенного с системой водяного отопления двумя вертикальными трубами, не влияет на величи-ну естественного циркуляционного давления в системе?

2. Сопоставьте изменение гидростатического давления в насосной системе водяного отопления в зависимости от точек присоединения открытого расширительного ба-ка, традиционных для российской и германской практики.

3. Исследуйте условия, при которых в районной системе водяного отопления воз-можны в отдельных зданиях подсос воздуха в трубы или разрушение отопительных приборов. ;

4. Выведите зависимости для определения предельно целесообразного расстояния между точками параллельного включения двух расширительных баков в различ-ных частях районной системы водяного отопления.

5. Определите относительные значения естественного циркуляционного давления (приняв за единицу его значение при расчетной для отопления температуре наруж-ного воздуха) при температуре наружного воздуха в местных условиях: средней в январе Месяце, средней в течение отопительного сезона, в начале и конце отопи-тельного сезона.

6. Выведите формулу (7.27) с включением в нее тепловой нагрузки стояка вместо расхода воды.

7. Установите зависимость величины естественного циркуляционного давления в ма-лых циркуляционных кольцах вертикальной однотрубной системы водяного отоп-ления от числа последовательно включенных в стояки отопительных приборов.

8. Проанализируйте влияние естественного циркуляционного давления, возникающе-го вследствие охлаждения воды в приборах двухтрубной насосной системы водя-ного отопления, на распределение теплоносителя между отопительными прибора-ми, расположенными на различных этажах многоэтажного здания.

208

9. Сравните в расчетных условиях величину естественного циркуляционного давле-ния в малых циркуляционных кольцах с радиаторами, установленными в верти-кальной и горизонтальной однотрубных системах водяного отопления.

9. Оцените относительную тепловую устойчивость вертикальной однотрубной, гори-зонтальной однотрубной и вертикальной двухтрубной насосных систем водяного отопления многоэтажного здания.