
книги / Отопление и вентиляция. Отопление
.pdfтельное давление не менее 3000 н/м2, которое с гарантией обеспечивает правильную работу вантуза. Данное условие можно выразить в виде алгебраического равенства
(R\l 4- |
&_/у0 + h = (/?,/ + |
Z)A_ri + |
3000, |
|
||||
откуда |
(/?,/ + Z)A_H— (R\l + |
Z)A_Na4- 3000. |
(53) |
|||||
h |
||||||||
Помимо опасности засоса воздуха через |
вантузы, имеется |
|||||||
и другая опасность. Наличие отрицательного |
давления, при |
|||||||
котором высота h |
значительно меньше |
сопротивления |
труб |
|||||
от точки А до точки N5, в |
части |
верхней |
разводящей |
ма |
||||
гистрали (лежак), расположенной справа от точки N5, может |
||||||||
повести к вскипанию воды (так как давление |
будет меньше |
|||||||
атмосферного). |
|
|
|
явления полностью |
||||
Все описанные выше нежелательные |
||||||||
исключаются, |
если |
расширительный сосуд |
|
присоединить к |
||||
сети у самого всасывающего |
патрубка насоса (рис. 52). В этом |
случае во всей системе за исключением участка от точки Л до насоса будет только положительное давление. Правда, при такой схеме расширительный сосуд уже не может слу жить для удаления воздуха из системы, и в наиболее высоко расположенных точках ее приходится устанавливать вантузы и соблюдать уклоны труб (см. рис. 52). Вантузы обычно ста
вят под предпоследним стояком, чтобы иметь возможность улавливать пузырьки воздуха из потока воды, движущейся горизонтально. Если вантуз установить на наиболее удален ном стояке, в месте поворота всего потока воды на 90°, то возникающие вихревые движения затруднят отделение воз душных пузырьков от воды.
141
Описанное местоположение вантуза дает возможность
обеспечить совпадение движения пузырьков воздуха |
и по |
||||||
тока воды в одном направлении |
во |
всей |
сети, за исключе |
||||
нием расстояния |
между последним и предпоследним стояком. |
||||||
Из приведенных данных |
видно, |
что легче |
всего воздух уда |
||||
ляется из систем с опрокинутой циркуляцией. |
водо |
||||||
Так как основная масса воздуха, содержащегося в |
|||||||
проводной |
воде, |
выделяется при нагревании воды до |
плюс |
||||
30 — плюс |
40°, |
подпитку |
насосной |
системы свежей |
водой |
(взамен испарившейся из расширителя и компенсации мелких утечек) следует производить в обратную магистраль перед грязевиком. Благодаря этому воздух в основном удаляется через вантуз на грязевике, поскольку скорость движения во ды в грязевике мала, и пузырьки воздуха, хорошо выделя ются из воды.
В системах насосного отопления обычно устанавливают два насоса: один рабочий, а другой резервный. Для возмож ности отключения насоса на случай ремонта его снабжают двумя задвижками и обходной линией с установкой на ней задвижки, что позволяет в случае надобности пропускать воду помимо насосов, например когда прекращается подача электроэнергии. При этом, правда, скорость движения воды в системе резко падает, так как естественное давление (гра витационное) мало по сравнению с давлением, создаваемым насосом. Характерной особенностью насосных систем является возможность разбить всю систему на ряд отдельных групп, допускающих индивидуальное регулирование вплоть до пол ного выключения. Для этой цели служат два коллектора: распределительный и сборный. Первый предназначен для рас пределения, а второй — для сбора воды из отдельных частей системы. Все вышеописанные элементы изображены на рис. 53, на котором изображена аксонометрия основных характер ных коммуникаций насосной системы (не в масштабе).
142
Вода поступает из |
трех отделений системы |
отопления |
в сборный коллектор /, |
затем через снабженный |
обходной |
веткой грязевик 2 она поступает к насосам 3' и 3", из кото рых в работе находится только один. Насосом, вода по ли нии 5 нагнетается в котел, пройдя который нагреется и по линии 6 поступит в распределительный коллектор 7, а отту да — в отдельные части системы. Обходная ветка 4 служит для возможности перепуска воды помимо насосов. Трубу, идущую к расширительному сосуду, можно присоединить между грязевиком и первым насосом.
Питание системы отопления водопроводной водой проис ходит посредством линии 9 при условии закрытия кранов у ручного насоса 11 и по линии 14. Краны на линии 12 и 13 должны быть при этом открыты. Опорожнение системы от воды может происходить через раковину 17 в канализацию. Для этого открывают краны на линии 13 и 14 и закрывают на линии 12 и у ручного насоса 11. После того, как основ ная масса воды стечет, нижние трубы опоражнивают с по мощью ручного насоса 11, открывая все краны, за исключе нием верхнего на линии 13. При опорожнении системы обрат ный клапан 10 не позволяет воде из системы проникнуть в водопроводную линию 9.
В раковину 17, помимо трубы
14, выведена |
еще и переливная |
||||
труба от |
расширительного |
со |
|||
суда |
15 и сигнальная 16 от |
того |
|||
же |
сосуда. |
Обратный |
клапан |
||
(рис, |
54) |
представляет |
собой |
||
вид |
арматуры, который |
позво |
|||
ляет |
воде |
проходить |
через |
||
него |
только |
в одном направле |
|||
нии. |
|
|
|
|
|
Рис. 54
§ 19. Расчет водяного отопления с искусственной циркуляцией
Принцип расчета систем водяного отопления с искусствен ной циркуляцией такой же, как и водяного отопления с естественной циркуляцией. Разница заключается лишь в том, что действующее давление складывается из давления, соз даваемого насосом, и гравитационного давления, возникаю щего вследствие остывания воды в нагревательных приборах Рп и в трубах Рт.
143
Таким образом, расчетное давление Р будет равно:
Р = Р „ + Р П+ РТ. |
(54) |
Обычно величина Р„ мала по сравнению с величиной Ря , а величина Рт меньше, чем Рп. Поэтому (см. СН-7-57,п. 62), с целью упрощения расчетов, величиной Рг часто пренебре
гают и считают, что |
|
Р = Р « + РП. |
(54') |
Учитывая, что с увеличением скорости движения |
воды в |
насосных системах отопления капитальные затраты |
умень |
шаются, а эксплуатационные увеличиваются, можно при реальном соотношении цен найти наивыгоднейшую скорость
воды или наивыгоднейшую |
среднюю |
потерю давления на |
1 пог. м, которую и следует |
положить |
в основу расчета. |
Чаще всего за наивыгоднейшую потерю давления на трение принимают 100—200 н/м2 на 1 пог. м. Однако благодаря по
степенному снижению стоимости электроэнергии в |
СССР, |
в настоящее время имеется тенденция к увеличению |
приве |
денной величины давления. |
|
Если ориентироваться на максимальные допустимые ско рости воды, при которых обеспечивается достаточно хорошее
удаление воздуха, то согласно графику |
приложения |
VI |
по |
|||
лучим данные, приведенные в табл. 27. |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
27 |
|
dt дюймы |
1/2 |
3/4 |
1 |
i |
^ |
|
|
|
|
|
|
||
^макс |
0,5 |
0,65 |
0,8 |
| |
1.0 |
|
/?ь н/м2 |
320 |
350 |
400 |
1 |
380 |
|
Из табл. 27 видно, что максимальная |
допустимая потеря |
|||||
давления на трение |
на длине |
1 м может быть принята рав |
ной 300—400 н/м1. Исходя из этой величины, можно произво дить предварительный подбор диаметров труб для кольца нагревательного прибора, расположенного ближе всего к центру нагрева системы (т. е. к котлу при наличии котель ной).
Необходимость начинать расчет с ближнего кольца мож но уяснить из рис. 55, на котором показано несколько ко лец циркуляции.
Если начинать расчет с кольца стояка /, то в силу ббльшей длины кольца стояка II, III, IV и V придется принимать для них меньшие потери давления на единицу длины, т. е. ббльшие диаметры труб. Следовательно, скорости движения воды в этих кольцах будут меньше максимально допустимых (на которые рассчитано кольцо стояка /). Если начинать рас
чет со стояка V, то для стояков I, II, |
III, |
IV |
придется |
|
брать меньшие диаметры и скорости окажутся |
больше до |
|||
пустимых. |
|
|
|
всего |
Рассчитав кольцо ближайшего стояка, удобнее |
||||
рассчитать затем кольцо самого дальнего |
стояка, |
а |
затем |
уже подбирать диаметры колец циркуляции средних стояков.
Рис. 55
Однако необходимо помнить, что хотя создаваемое насо сом давление и является основным фактором, обусловливаю щим движение воды по отдельным кольцам циркуляции, все же влияние давления, создающегося вследствие охлаждения воды, может в ряде случаев сказаться на движении воды в том или ином кольце циркуляции.
Рассмотрим вопрос о влиянии дополнительного грави тационного давления нескольно подробнее.
Из основного уравнения гидравлики
Р |
х_ |
-Р/ + ЕС |
(т'+к )~2 Р |
d. |
|||
следует, |
что в первом грубом |
приближении сопротивление |
сети пропорционально квадрату скорости или при постоянном диаметре — квадрату расхода.
Поэтому можно ориентировочно принять, что расход G в трубе данного диаметра будет изменяться пропорционально корню квадратному из величины действующего давления:
Таким образом, если принять величину Р„ за 100°/о, то при наличии добавочного гравитационного давления, состав ляющего определенный процент от Ра, будем иметь приве-
Е-218.-10 |
145 |
денное в табл. 28 примерное относительное изменение рас хода воды, перепада температур в приборе и средней тем пературы воды в приборе.
Т а б л и ц а 28
р. % |
100 |
п о |
120 |
130 |
140 |
160 |
|
180 |
G. *1* |
100 |
105 |
109,5 |
114 |
118,5 |
127 |
| |
134,5 |
t. —to. град,95—70 |
95-70,2 |
95-71,2 95 -73,2 95-73,9 95-75,3 95-76,4 |
||||||
fcp, град |
82,5 |
82,6 |
83,1 |
84,1 |
84,5 |
85,1 |
| |
85,7 |
Из табл. 28 видно, что изменение действующего давления на 10% практически почти не сказывается на работе системы отопления. При бблыпем увеличении разности давлений из менения оказываются существеннее.
Примем расстояние от подъемного стояка до ближайшего опускного равным 4 м и высоту этажа 3,5 м. Если потерю давления на трение на 1 лог. м принять в среднем равной 350 н/м2 и столько же на местные сопротивления, то потеря давления в кольце циркуляции при различной этажности зда ний будет равна (на здание):
I |
этажи. (4 + |
3,5-2-1 + 4 ).3 5 0 -2 = 15-700= 10500 н/м\ |
|||||||
II |
« |
(4 + |
3,5-2-2 + 4)-350-2 = |
22-700= 15400 . |
|||||
III |
« |
(4 + |
3,5-2 |
-3 |
+ |
4)-350-2 = |
29-700 = |
20300 |
« |
IV |
« |
(4 + 3,5-2 |
-4 |
+ |
4)-350-2 = |
36-700 = |
25200 |
« |
Сравним эти цифры с давлением, создающимся от охлаж дения воды в наиболее высоко расположенном приборе. В результате имеем:
I этаж— (Т70— Т«)-3,5. = |
15,6-3,5 = |
545 я/.*2. |
|||
Соответственно для Н-го этажа — 1090 |
я/л 2 |
||||
|
« |
Ш-го |
« |
1635 |
« |
|
« |
IV-ro |
« |
2180 |
« |
Таким образом, |
сумма насосного и гравитационного дав |
||||
лений составит для |
отдельных |
этажей |
следующий процент |
от насосного давления:
I этаж — 105%; II этаж — 107%; III этаж — 108%; IV этаж— 108,5%.
Поскольку увеличение давления составляет менее 10%, казалось бы, влиянием гравитационного давления можно пре небречь. Однако помимо охлаждения воды в приборах, она охлаждается еще и в трубопроводах.
Выявим величину этого охлаждения для наиболее удален ного стояка, находящегося на расстоянии 27 м от главного стояка.
Согласно приложению IX, добавочное давление от охлаж дения труб составит для прибора 1-го этажа 300 н/м2 при
146
естественной циркуляции и 0,4*300= 120 н/лс2 при искусствен ной циркуляции.
Тогда получим:
10500 + 27-2-350-2 + 545 + 120 |
. „ 10, |
1П!-0, |
|
100- --------— |
-------------—------- = 101°/о вместо 10о°/о. |
||
10500 + |
27-2-350.2 |
|
|
Как видно из данного примера, |
при расчете |
систем с ис |
кусственной циркуляцией, гравитационным давлением, возни кающим как в. результате охлаждения труб, так и воды в нагревательных приборах, можно в большинстве случаев пренебречь. Однако в некоторых случаях, если рассчитать систему не на максимальные скорости, а на меньшие и при высоком здании, гравитационное давление, в особенности в однотрубных системах, может составить значительный про цент от насосного, и имеет смысл его учитывать.
Согласно СН-7-57, п. 62, для насосных систем, давление, создающееся от охлаждения воды в трубах, можно не учи тывать, а давление от охлаждения воды в приборах следует учитывать только в размере 50>/о его максимальной вели чины (соответствующий расчетным температурам отопления). Такое требование объясняется тем обстоятельством, что при повышении наружной температуры, температуру горячей воды в системах отопления приходится снижать. При этом соответственно снижается и гравитационное давление. Более
подробно о влиянии |
добавочного гравитационного давления |
||
на работу насосных |
систем |
говорится |
в § 21 — Эксплуата |
ционные особенности |
систем |
водяного |
отопления. |
Поскольку расчет системы отопления с искусственной циркуляцией не отличается от расчета аналогичных схем отопления с естественной циркуляцией (за исключением определения средней величины потери давления на трение), в качестве примера приведем расчет некоторых схем, харак терных для систем с искусственной циркуляцией.
Рассмотрим р а с ч е т |
о д н о т р у б н о й п р о т о ч н о й |
с и с т е м ы с п о п у т н ы м |
д в и ж е н и е м воды. |
Для упрощения расчетов и умозаключений примем (рис. 56) схему с одинаковой теплоотдачей нагревательных прибо ров, равной 4200 кдж/час.
При перепаде температур 95—70° будем иметь расход воды на каждый стояк:
Ост — 4200-2-3 ^2 4 0 кг!час.
25-4,19
Поскольку длина кольца циркуляции через любой стояк одинакова (длина К-1-1'-5'-К равна длине К-1-3-3'-5'-К и так далее), на первый взгляд кажется, что все стояки находятся в одинаковых условиях и якобы достаточно рассчитать толь-
10* |
147 |
ко одно какое-нибудь кольцо циркуляции. На самом деле это не совсем так. Хотя длина колец циркуляции действи тельно одинакова, но расход воды в отдельных кольцах раз ный. Кольцо стояка 1-Г имеет участки с расходами воды:
5GCT— /Ост — 2GCT— 3 0 ст — 40„ — 5 0 ст.
К,ст |
I |
4GC,п П |
И |
/Г |
ст ^ |
4 |
— |
«э |
|
|
С Т и |
11 :о S -a п |
с П |
СГ П |
го т ТП П С Е Т] П
С и г 5 Г Т ~ Т П |
Р |
3 D |
С Г П |
|
|
I |
1Gcm2' гСгт 3‘ |
|
ЗСст 4' |
4GQm i |
ап |
|
|
Насос
Рис. 56
Кольцо циркуляции стояка V-5' имеет участки с расходами:
5 0 ст — 40ст — 3 0 Ст — 2 0 ст — /Ост — 5 0 ст.
Так как длины сходственных участков горячей и обрат ной магистрали между стояками одинаковы, то сумма сопро тивлений, из которых складывается потеря давления в каж дом из этих колец, тоже одинакова.
Кольцо циркуляции стояка 11-2' будет слагаться из следу ющих участков с расходами:
5 0 ст — 4GCT —/ 0 Ст — 2 0 ст — 4GCr — 5GCт.
Такие же расходы, но в другой, последовательности, будут иметься в кольце стояка IV-4'.
Наконец, для кольца стояка ///-3' имеем следующие рас ходы:
5 0 ст— 4 0 от — 3 0 ст— / Ост — 3 0 ст — 4 0 ст — 5 0 ст.
Легко видеть, что кольцо среднего стояка 3-3' будет со стоять из участков с наибольшими расходами воды, а кольца крайних стояков 1-Г и //-2' — с наименьшими расходами по сравнению с другими кольцами. Поэтому для рассматривае
148 .
мого случая расход воды в кольце стояка JII-3' будет самым< невыгодным.
Начнем расчет с кольца циркуляции стояка II1-3'.
Ввиду одинаковой теплолроизводительности нагреватель ных приборов, расчетную таблицу можно несколько упрос тить. Данные расчета приведены в табл. 29.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 29 |
||
№ |
|
Q |
G |
|
1 |
d, |
я. |
Я,1 |
|
sc |
z R J+ Z |
|
участка |
|
нас |
|
|
|
дюймы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а-б |
1 |
4200 |
120 |
J |
2 | |
1/2 |
38 |
76 |
14 |
9,5 | |
133 |
209 |
j |
||||||||||||
1-а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И-а |
|
25200 |
240 |
|
3 |
1/2 |
170 |
510 |
65 |
5,5 |
358 |
868 |
Ш-а |
|
|
||||||||||
iv-% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V-a |
|
|
ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б-Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6-2' |
|
25200 |
240 |
|
1 |
1/2 |
170 |
170 |
65 |
5,5 |
358 |
528- |
б-З' |
|
|
||||||||||
6-4' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б-& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25200 |
240 |
|
3 |
1/2 |
170 |
1 |
65 |
0 |
0 |
510 |
б-а |
|
|
J 510 |
|||||||||
IV -V |
|
25200 |
240 |
|
6 |
3/4 |
33 |
198 |
18 |
1 |
18 |
216 |
1 -2' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
III-IV |
|
50400 |
480 |
|
6 |
3/4 |
130 |
780 |
75 |
1 |
75 |
855 |
2'-3' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
//-/// |
|
75600 |
720 |
|
6 |
3/4 |
290 |
1740 |
170 |
1 |
170 |
1910 |
3'-4Г |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1-II |
|
100800 |
960 |
|
6 |
3/4 |
500 |
3000 |
280 |
1 |
280 |
3280 |
4'-5' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К-1 |
j |
126000 |
1200 I |
16 |
1 |
200 |
3200 |
150 |
4 |
600 |
3800 |
|
К-5' |
126000 |
1200 1 |
33 |
1 |
200 |
6600 |
150 |
7 |
1050 |
7650 |
1 4 9
Регулировочные краны у приборов, подключенных к стояку 111-3', не установлены. Коэффициенты местных сопротивлений приняты:
участок а-б — = |
1,5 + |
2 + 6 |
= |
9.5; |
. 111-а— 2С = |
1,5 + |
3 + 1 |
= |
5,5 (то же и для участка б-ЗГ)\ |
. <J-a-s: = 0.
Сопротивление котла отнесено к участку АТ-1.
Сравним сопротивления кольца стояка 1-1' с сопротивле нием кольца стояка 1/1-3'.
Пользуясь табл. 29, имеем при скоростях воды, прибли жающихся к максимальным, следующие сопротивления:
в кольце стояка 1-1':
3800 + 868 + 20.9*3 + 510*2 + 528 + 216 + 855 + 1910+3280+ + 7650 = 20 754 н/м2;
в кольце стояка 111-3'; 3800 + 3280 + 1910+ 86,8 + 209*3+510*2 + 528 +1910 + 3280+
+ 7650 = 24 873 н/м2.
Очевидно, если принять за основное расчетное кольцо — кольцо /11-3' с наибольшим сопротивлением, то для увязки сопротивления колец придется для кольца с меньшим сопро тивлением, т. е. для стояка 1-Г, несколько уменьшить диа метры труб. Однако в этом случае скорости воды станут выше предельно допустимых. Поэтому за основное расчет ное кольцо следует принимать кольцо с минимальным со противлением, т. е. для данного примера кольцо стояка 1-Г
(или 11-5').
Тогда, полагая действующее давление в сети равным 20 754 н/м2, необходимо уменьшить сопротивление стояка 3-31 на следующую величину
24 873 — 20754 = 4119 н/м2. Сопротивление стояка 3-3' равно:
368 + 209*3 + 510*2 + 528 = 3043 н/м1.
Нетрудно видеть, что если бы даже сопротивление стояка 111-3' можно было бы снизить до нуля, то и в этом случае равенства сопротивлений обоих колец циркуляции достигнуть было бы нельзя.
Следовательно, необходимо изменить диаметры разводящей
и сборной магистралей с 3/4" на 1". В этом |
случае |
получим |
|
данные, привиденные в табл. 30. |
что |
сопротив |
|
Пользуясь данными табл. 29 и 30, видим, |
|||
ления колец уменьшились и стали равными: |
|
|
|
в кольце стояка 1-Г: |
|
|
|
3800 + 868 + 209*3 |
+ 510*2 + 528 + 61 + 237 + |
||
+ 545 + 950 |
+ 7650 =16 286 н/м3; |
|
150