§ 17.4. Особенности режима работы и регулирования различных систем отопления

Режим работы систем водяного отопления различаются, прежде всего, в зависимости от принятого способа регулирования. Изменение температуры воды (качественное регули-рование) проводят для системы в целом или ее частей. Такое изменение планируют зара-нее, что при достаточной тепловой устойчивости системы обеспечивает необходимое пропорциональное изменение теплоотдачи отопительных приборов. В системе отопления в течение отопительного сезона могут происходить незапланированные изменения (чаще всего понижение) температуры теплоносителя из-за нарушений теплоснабжения (несо-блюдения графика качественного регулирования, излишних теплопотерь в тепловой сети и др.).

Изменение расхода воды в системе отопления может быть, как и изменение температуры, планируемым при проведении количественного или смешанного (качественно-количественного) регулирования. Может быть и внеплановым, когда изменяется режим работы сетевых насосов, происходит аварийная утечка греющей воды, неравномерно воз-действует естественное циркуляционное давление, а также нарушается структура самой системы.

Естественное циркуляционное давление р_е (см. § 7.3 и 7.4) зависит, как известно, от плотности воды в вертикальных участках системы, а также от взаимного расположения участков с различной плотностью. Плотность воды изменяется с изменением температуры теплоносителя в рассматриваемых элементах, а их взаимное расположение зависит от конструкции системы водяного отопления. Степень влияния величины Εр_е на режим рабо-ты насосной системы зависит и от его доли в расчетном циркуляционном давлении (см. §

7.5).

450

Для установления связи между расходом воды в элементе системы и естественным цирку-ляционным давлением воспользуемся так называемым показателем гидравлической ха-рактеристики системы отопления [15]

где р'_е - расчетное для системы отопления естественное циркуляционное давление; р_н - насосное циркуляционное давление.

Показатель Г выражает существующее в расчетных условиях соотношение естественного и суммарного циркуляционного давления, обеспечивающего движение воды в системе отопления. Этот показатель в различных системах отопления может изменяться от 0 (в, горизонтальной однотрубной системе одноэтажного здания) до 1 (в системе с естествен-ной циркуляцией). Например, в насосной однотрубной системе 5-этажного здания при р_н=10 кПа, расчетной температуре воды t'_r=105 °С и t’_о =70 °С гидравлическая характери-стика составляет около 0,15. С увеличением высоты здания показатель Г (при незначи-тельном изменении р_н) растет, что объясняется повышением условного среднего центра охлаждения в однотрубной системе отопления над центром нагревания.

Степень изменения расхода G=G/G' в насосной системе отопления под влиянием есте-ственного циркуляционного давления определяют по формуле

Выразим соотношение текущего р_е и расчетного р'_е значений естественного циркуля-ционного давления в системе через температуру теплоносителя

где β'= (ρ’_о - ρ'_r) / (t'_r - t_о) - среднее увеличение плотности воды в расчетных условиях при понижении температуры теплоносителя на 1 °С, кг/(м³·°С) (см. § 7.4).

451

Рис. 17.5. Номограмма для определения показателя гидравлического разрегулирования системы водяного отопления

Текущую температуру воды t_r и t_о для различных элементов системы можно найти, ис-пользуя показатель тепловой характеристики системы Т (см. §17.1).

Относительное изменение расхода воды под действием температурных факторов должно свидетельствовать о достаточности гидравлической устойчивости системы отопления, т.е. о неподверженности ее гидравлическому разрегулированию (рис. 17.5) под влиянием р_е.

Следовательно, при выборе конструкции системы отопления в здании необходимо учиты-вать влияние внутренних факторов на предстоящий тепловой и гидравлический режим ее работы. Поясним это положение примером.

Пример 17.2. Определим изменение расхода воды в вертикальной однотрубной системе водяного отопления с насосной циркуляцией при понижении температуры теплоносителя до t_r=50 °C. Расчетные характеристики системы: р_н=1,0 кПа, р_е=5,5 кПа, t'_r=105 °C, t_в=t'_в=18 °C, n=0,35 (отопительные приборы - конвекторы с кожухом).

452

Относительная разность температуры

По формуле (17.11) находим

По рис. 17.5 определяем (ход решения по стрелке) G = 0,86. Это означает, что в данной системе при значительном снижении температуры расход воды уменьшится на 14 %.

• вертикальных однотрубных системах водяного отопления с их последовательным соединением отопительных приборов изменение температуры и расхода по-разному ска-зывается на теплоотдаче первых и последних приборов по ходу движения воды в стояках.

• однотрубной системе с верхней разводкой и насосной циркуляцией (показатель Г мал) понижение температуры воды сопровождается относительным ростом теплопередачи отопительных приборов на нижних этажах по сравнению с верхними приборами (до 40 %). Это необходимо учитывать при выборе способа регулирования таких систем.

Снижение расхода воды в стояке, прежде всего, сказывается на снижении теплоотдачи нижних приборов. Сказанное свидетельствует о том, что для равномерного изменения теплоотдачи всех отопительных приборов однотрубного стояка требуется проведение смешанного (количественно-качественного) регулирования (см. рис. 7.25).

• системе с естественной циркуляцией (Г=1) одновременно с понижением температуры уменьшаются расход воды в стояках и относительная теплоотдача приборов на нижних этажах (до 30 %). Опасность недогрева помещений нижних этажей возникает в стояках с высоко расположенными (например, при разной высоте стояков или при существенной неравномерности распределения между ними тепловой нагрузки) центрами охлаждения и увеличенным по сравнению с принятым для системы температурным перепадом.

• насосной системе с верхней подачей воды допускается снижение расхода до 11 ...38 % при допустимом снижении теплоотдачи приборов соответственно до 2,5...11 %. Для такой системы, особенно с высоким значением Г, характерно явление саморегулирования (см. § 6.2). Оно происходит, когда при снижении по какой-либо причине температуры воздуха около одного или нескольких отопительных приборов из-за некоторого увеличения их теплоотдачи и снижения температуры воды на выходе из стояка повышается ее плотность, растет естественное циркуляционное давление и расход воды в стояке. Это, в свою оче-редь, приводит к еще большему увеличению теплоотдачи и частичному восстановлению температурной обстановки в обогреваемых помещениях.

При повышении температуры воздуха явление саморегулирования протекает в обратном порядке, но с тем же результатом. В таких системах применимо пофасадно-вертикальное регулирование при увеличении температуры t_r до 110 °С и расхода воды в системе 0,5≤G≤1,9. Однако в стояках такой системы с пониженным центром охлаждения и малым температурным перепадом возникает опасность существенного снижения теплоотдачи приборов нижних этажей при уменьшении расхода, особенно при больших значениях Г.

В однотрубной системе отопления с нижней разводкой обеих магистралей при располо-жении отопительных приборов как на подъемной, так и на опускной частях стояка в ря-дом расположенных помещениях из-за указанного выше различия в теплоотдаче первых и последних в стояке приборов может создаваться неравномерный тепловой режим. Допу-

453

стимо снижение расхода воды, как и в системе с верхней разводкой, за исключением стоя-ков с замыкающими участками из-за ухудшения прогревания отопительных приборов на подъемной части стояков. Пофасадно-вертикальное регулирование практически неосуще-ствимо. Явление саморегулирования аналогично системе с верхней разводкой, но проте-кает менее интенсивно.

В однотрубной системе отопления с "опрокинутой" насосной циркуляцией (показатель Г мал) понижение температуры воды приводит к увеличению до 40 % относительной тепло-отдачи отопительных приборов на верхних этажах. В такой системе недопустимы есте-ственная циркуляция воды из-за возможного прекращения циркуляции в отдельных стоя-ках, а также применение приборных узлов с замыкающими участками. Допустимое сни-жение расхода такое же, как и в системе с верхней разводкой. Применение пофасадного регулирования определяется возможностью повышения температуры воды до 110 °С и относительного расхода в пределах 0,3 ≤ G ≤ 2,8.

Для бифилярной системы водяного отопления характерно пропорциональное измене-

ние суммарной теплоотдачи приборов, обслуживающих помещения на разных этажах, при изменении температуры подаваемой воды. Допустимы большие колебания расхода, чем в других однотрубных системах (18...52 %). Саморегулирующее влияние естественного циркуляционного давления такое же, как и в однотрубной системе отопления. Допустимо пофасадное регулирование, но вертикальное регулирование практически неосуществимо.

• горизонтальной однотрубной системе с насосной циркуляцией при малом значении показателя Г снижение температуры t_r сопровождается относительным увеличением теп-лоотдачи последних по ходу воды приборов (до 40 %). При естественной циркуляции в системе многоэтажного здания одновременно со снижением температуры теплоносителя снижается и расход воды, что приводит к уменьшению относительной теплоотдачи по-следних по ходу воды приборов (до 30 %). Допустимое понижение расхода и саморегули-рующее влияние естественного циркуляционного давления такие же, как в вертикальной однотрубной системе. Допустимо пофасадное регулирование системы.

• вертикальной двухтрубной системе водяного отопления при равных расчетных пе-

репадах температуры в приборах понижение температуры воды tr сопровождается значи-тельно большим снижением теплоотдачи отопительных приборов на верхних этажах по сравнению с теплоотдачей приборов на нижних. Исключение составляет крайний случай при Г=1 (система с естественной циркуляцией воды), когда происходит пропорциональ-ное изменение теплоотдачи приборов. Понижение расхода воды в двухтрубной верти-кальной системе вызывает существенное уменьшение теплоотдачи приборов на нижних этажах.

Нарушение структуры системы заметно сказывается на изменении теплоотдачи приборов

• однотрубной (в отличие от двухтрубной) системе. Относится это, прежде всего, к при-борам, непосредственно расположенным после прибора с умышленно увеличенной пло-щадью теплоотдающей поверхности (после прибора понижается t_o) или с уменьшенным расходом воды при регулировании краном на подводке (повышение t_o). В системе водяно-го отопления с тупиковым движением воды в магистралях отключение отдельных стояков заметно изменяет расход воды по другим стоякам. Однако, чем больше стояков в тупико-вой ветви системы, тем больше ее гидравлическая устойчивость при отключении стояков

• процессе эксплуатации системы.

В системе местного воздушного отопления эксплуатационное регулирование осуществ-ляется достаточно легко рассмотренными выше способами. Системы центрального воз-

454

душного отопления многоэтажных зданий также подвержены тепловому и аэродинами-ческому разрегулированию. Как и в системе водяного отопления, это объясняется дей-ствием переменного естественного циркуляционного давления. Высокая температура воз-духа в воздушной системе определяет высокую долю этого давления в общем циркуляци-онном давлении.

Добиться стабильности работы системы в течение всего отопительного сезона, особенно в разветвленной многоканальной сети, достаточно сложно. Достигается это обычно значи-тельным увеличением потерь давления в воздухораздающих устройствах (см. § 10.10). Эффекта можно достичь при использовании ступенчатого нагревания, когда температура воздуха в каналах системы близка к температуре воздуха в помещениях, а до нужной тем-пературы воздух догревается в специальных доводчиках, установленных непосредственно в обогреваемых помещениях (§ 18.4).

Особенности работы систем парового отопления определяются, как уже отмечалось, не-возможностью качественного регулирования систем и необходимостью осуществлять ре-гулирование "пропусками" (см. § 17.2).

Пусконаладочные работы в системах отопления проводят при строгом соблюдении обес-печивающих безопасность правил. Особенно опасаются воздействия на работающих вы-сокотемпературного теплоносителя, находящегося под высоким давлением в оборудова-нии, арматуре и трубах систем. Такого воздействия следует ожидать, прежде всего, в теп-ловых пунктах систем с их оборудованием, запорно-регулирующей арматурой, контроль-но-измерительными приборами, имеющими резьбовые и фланцевые соединения.

Под особым контролем осуществляют заполнение и пуск систем водяного отопления с за-висимым присоединением к тепловой сети. В такие системы теплоноситель подают по-степенно путем плавного открывания первой со стороны тепловой сети задвижки на об-ратном теплопроводе. Воздушные краны в верхних точках держат открытыми до заполне-ния системы водой. Открывают краны на импульсных линиях автоматических регулято-ров. Только после этого открывают входную задвижку на наружном подающем теплопро-воде для создания циркуляции воды. После пуска системы автоматические регуляторы настраивают на поддержание расчетных параметров.

Тщательно следят за исправностью контрольно-измерительных приборов, прежде всего, манометров. Осторожно обращаются с приборами, в которых в качестве рабочей жидко-сти используется ртуть (термометры, дифманометры).

Ремонтно-восстановительные работы проводят только после отключения части или си-стемы отопления в целом и полного спуска теплоносителя. После монтажных и ремонт-ных работ системы отопления "спрессовывают", т.е. заполняют водой и выдерживают под определенным давлением в течение заданного времени. При опрессовке части системы (например, труб и оборудования теплового пункта) отключение дополняют заглушками, устанавливаемыми между фланцами задвижек. Давление при испытании системы зависит от рабочего давления, установленного для элементов систем отопления (например, для отопительных приборов). Система или ее часть считается выдержавшей испытания, если в течение не менее 15 мин падение давления не превышает 0,01 ...0,02 МПа.

455

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Объясните причины различия теплопотерь на нагревание поступающего наружного воздуха в однотипные помещения, находящиеся на нижних и верхних этажах мно-гоэтажных зданий.

2. Выведите формулу для определения тепловой характеристики элемента (см. фор-мулу (17.8)) применительно к системе парового отопления.

3. Используя исходные данные примера 17.1, решите обратную задачу: на сколько должен быть сокращен расход воды в отопительном приборе для снижения его теплоотдачи на 25 %.

4. Определите текущее теплопотребление здания при зависимом присоединении си-стемы водяного отопления к тепловой сети с помощью водоструйного элеватора, если разность давления воды в наружных теплопроводах 100 КПа, температура во-ды в подающей и обратной магистралях системы отопления, соответственно, 82 и 48 °С, диаметр сопла элеватора 11 мм.

5. Какие факторы, влияющие на теплопотребность системы водяного отопления зда-ния, можно будет учесть при переходе от группового в ЦТП к пофасадному регу-лированию?

6. Объясните связь между температурой внутреннего воздуха в отапливаемых поме-щениях и температурой теплоносителя на выходе из системы отопления.

7. Изобразите технологическую схему автоматического регулирования теплового по-тока, поступающего в систему водяного отопления здания в течение отопительного сезона.

8. Предложите схему системы водяного отопления с автоматическим регулированием теплового потока для крупного помещения, работа в котором характеризуется не-равномерным поступлением теплоты.

9. Перечислите факторы, вызывающие гидравлическое и тепловое разрегулирование насосных систем водяного отопления многоэтажных зданий.

10. Укажите признаки вертикального разрегулирования однотрубной и двухтрубной насосных систем водяного отопления многоэтажного здания.

11. Назовите мероприятия по повышению вертикальной устойчивости действия цен-тральной системы воздушного отопления многоэтажного здания.

12. Дайте определение свойству системы отопления - гидравлическая устойчивость системы.