Испытание системы отопления с естественной циркуляцией. Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсам «Источники и системы теплосна

2629

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра промышленной теплоэнергетики

ИСПЫТАНИЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ С ЕСТЕСТВЕННОЙ

ЦИРКУЛЯЦИЕЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе по дисциплинам «Источники и системы теплоснабжения», «Оборудование и эксплуатация

систем теплоснабжения промышленных предприятий» для специальности «Промышленная теплоэнергетика» направления

«Теплотехника и теплоэнергетика», по дисциплине «Отопление»

для специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» направления «Строительство»

Составители: В. А. Стерлигов, Т. Г. Мануковская, Е.М.Крамченков

Кадры для региона.

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

Липецк Липецкий государственный технический университет

2013

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра промышленной теплоэнергетики

ИСПЫТАНИЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ С ЕСТЕСТВЕННОЙ

ЦИРКУЛЯЦИЕЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе по дисциплинам «Источники и системы теплоснабжения», «Оборудование и эксплуатация

систем теплоснабжения промышленных предприятий» для специальности «Промышленная теплоэнергетика» направления

«Теплотехника и теплоэнергетика», по дисциплине «Отопление»

для специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» направления «Строительство»

Составители: В. А. Стерлигов, Т. Г. Мануковская, Е.М. Крамченков

Липецк Липецкий государственный технический университет

2013

3

УДК 697.64.(07)

С797

Рецензент Севостьянов А.В.

Стерлигов, В.А.

С797 Испытание системы отопления с естественной циркуляцией. [Текст]: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсам:

«Источники и системы теплоснабжения» и «Отопление» / сост. В.А. Стерлигов,

Т.Г. Мануковская, Е.М. Крамченков – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. – 20 с.

Рассмотрены условия, влияющие на интенсивность циркуляции воды в однотрубной системе водяного отопления с естественной циркуляцией, а

именно расположение отопительного прибора по отношению к источнику тепла.

Предназначены для студентов физико-технологического факультета специальности «Промышленная теплоэнергетика» направления

«Теплоэнергетика и теплотехника» и инженерно-строительного факультета специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» направления

«Строительство».

Табл. 3. Ил. 2. Библиогр.: 3 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2013

4

Цель работы: на экспериментальном стенде ознакомиться с работой и принципом действия водяной однотрубной системы отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией воды. Определить циркуляционные давления, возникающие в системе от остывания воды и экспериментально определить влияние расположения отопительного прибора и температуры воды на интенсивность циркуляции теплоносителя в системе.

1.Общие положения

1.1.Характеристика теплоносителя

Количество теплоносителя воды, транспортирующего количество теплоты, обратно пропорционально величине теплоемкости — чем выше теплоемкость, тем меньше количество теплоносителя, необходимого для переноса единицы теплоты.

Действие водяных систем отопления с естественной циркуляцией основано на зависимости объемной массы воды от температуры. Свойство воды с увеличением давления повышать температуру кипения используется в системах теплоснабжения промышленных предприятий, городов и поселков,

где, как правило, используется перегретая вода (t>1000С).

1.2. Система водяного отопления с естественной циркуляцией

Принципиальная схема работы системы водяного отопления с естественной циркуляцией показана на рис. 1.

Нагретая в теплогенераторе 1 вода по подающему трубопроводу 2

поступает в отопительный прибор 4, отдает в нем часть своей теплоты и по обратному трубопроводу 5 возвращается в теплогенератор, и далее циркуляция повторяется.

Движение воды происходит под действием сил, возникающих в системе при нагреве воды в теплогенераторе (центр нагрева), и при охлаждении - в

отопительном приборе (центр охлаждения). Предположим, что трубопроводы

5

системы имеют тепловую изоляцию и при движении в них теплоносителя между теплогенератором и прибором температура не изменяется. В верхней половине теплогенератора, подающем трубопроводе и отопительном приборе находится вода с расчетной максимальной температурой и плотностью ρг. В

нижней половине теплогенератора, обратном трубопроводе она имеет расчетную минимальную температуру с плотностью ρ0. При этих условиях сила, заставляющая перемещаться частицу воды а (см. рис. 1) по обратному трубопроводу 5 к теплогенератору 1, определяется неравенством массы столбов воды, действующих на частицу а слева и справа.

Рис.1. Принципиальная схема однотрубной системы отопления с верхней разводкой:

h, h1, h2, h3 – высоты столбов жидкости, м;ã - плотность горячей воды, кг/м3;î - плотность охлажденной воды, кг/м3.

1 — генератор теплоты; 2 — подающий трубопровод; 3 — расширительный сосуд; 4 — отопительный прибор; 5 — обратный трубопровод.

Справа на частицу воды а действует гидростатическое давление:

6

Сила, заставляющая частицу а передвигаться в замкнутом контуре,

определяется разностью гидростатических давлений двух столбов воды слева и справа:

P Pï Pë gh o ã , (3)

где h — высота между центром нагрева и центром охлаждения.

Из формулы (3) следует, что естественное циркуляционное давление в системе водяного отопления будет тем выше, чем больше расстояние по высоте между центром нагрева и центром охлаждения и чем больше разность между

температурами охлажденной и горячей воды в системе.

Если принять эти температуры в системах с естественной циркуляцией

70 и 950С ( 70 =977,8 кг/м3, 95 =961,9 кг/м3), а высоту h3 м, то замкнутом

контуре, т.е. в кольце 1-2-4-5-1 (см. рис. 1), циркуляционное давление будет равно Pц = 9,81 3 977,8 961,9 470 Па.

Эта величина давления определена исходя из предположения, что трубопроводы не теряют теплоту. Практически по мере удаления от теплогенератора температура воды уменьшается, и создается дополнительное

давление от остывания воды в трубах ртр, величина которого зависит от горизонтального расстояния b (см. рис. 1) и протяженности вертикальных трубопроводов. Тогда формула естественного циркуляционного давления (3)

записывается в виде:

где Pтр — принимается в зависимости от расстояния от главного стояка до расчетного по справочным данным от 3,6 до 10 Па/м.

В системах с естественной циркуляцией давление невелико, поэтому радиус действия этих систем не должен превышать 30 м, а величина h должна быть не менее 3 м.

7

При нагревании воды в системе отопления объем ее увеличивается. Для компенсации увеличения объема в системе предусмотрен расширительный сосуд (3) (см. рис. 1).

Гидравлическое сопротивление трубопроводов систем отопления с естественной циркуляцией определяют методом динамических давлений с точностью, допустимой в инженерной практике, учитывая, что доли потерь на трение и в местных сопротивлениях примерно равны.

Падение давления P в системе, вызываемое трением и местными сопротивлениями, определяется по формуле

Тогда общие потери давления на участке определяются по уравнению

снижает точность расчета, но не уводит за пределы точности, допустимой в инженерной практике).

Значения d приведены в приложении 1.

Для гидравлических расчетов трубопроводов используют вспомогательную таблицу, приведенную в приложении 2, а коэффициенты местных сопротивлений определяются по приложению 3.

В системе отопления циркуляционное давление затрачивается на преодоление потерь на трение и местные сопротивления, поэтому

8

Из уравнения (8) определяется скорость движения воды в трубах циркуляционного контура по формуле

2. Схема и работа лабораторного стенда

Работа выполняется на действующем лабораторном стенде,

предназначенном для изучения теплоэнергетических систем зданий и сооружений. Схема лабораторного стенда (см. рис. 2) позволяет исследовать работу однотрубных и двухтрубных систем отопления с верхней разводкой.

Перед началом работы лабораторный стенд наполняют водой из водопровода через трубопровод 8. При этом имеющиеся в стенде запорные вентили 13 должны быть открыты для возможности полного удаления воздуха из труб и отопительных приборов через воздухоотводчик 19. Вентиль на трубопроводе 16 должен быть закрыт.

В процессе заполнения стенда водой воздух удаляется через воздухоотводчик. При полном заполнении узлов и элементов стенда как только вода начинает выливаться из воздухоотводчика, запорный вентиль на трубопроводе 8 закрывают. В стенде устанавливается рабочий объем воды,

поддерживаемый расширительным сосудом. Стенд готов к работе.

На электрический котел 1 подают питание и включают его в работу.

Запускают стенд в режим естественной циркуляции. После нагрева воды в котле

1 она устремляется в верхнюю часть стенда по главному стояку 3 к

разводящему (подающему, магистральному) трубопроводу 17. Далее нагретая вода направляется к отопительным стоякам 5 и отопительным приборам 2.

Отдав теплоту помещению лаборатории отопительными приборами, вода охлаждается и поступает в трубопровод охлажденной воды 18 и далее попадает в водогрейный электрический котел 1, где нагревается и вновь устремляется в верхнюю часть стенда. Далее цикл повторяется.

9

Биметаллическими термометрами 11 и 12 измеряется температура воды на входе и выходе в котел. Термопарами измеряется температура воды на входе и выходе в отопительные приборы. Манометром 9 измеряется гидростатическое давление в экспериментальном стенде. При помощи счетчика расхода воды 7

измеряется расход циркулирующей воды в экспериментальном стенде.

Схема экспериментального стенда к рис.2:

1.Водогрейный электрокотел.

2.Отопительные приборы:

а) чугунный секционный радиатор М-140;

б) конвектор «Аккорд» двухрядный 2А;

в) конвектор «Аккорд» однорядный А;

г) конвектор «ЛАК-350»;

д) биметаллический радиатор.

3.Главный стояк.

4.Расширительный сосуд.

5.Отопительные стояки:

а) стояк однотрубной системы «с рабочими замыкающими участками»;

б) стояк однотрубной системы «проточный»;

в) стояк двухтрубной системы отопления;

г) стояк греющего теплообменника системы ГВС.

6.Бак-аккумулятор с греющим змеевиком.

7.Счетчик расхода воды.

8.Водопровод холодной воды.

9.Манометр.

10.Циркуляционный насос.

11.Термометр на входе воды в котел.

12.Термометр на выходе воды из котла.

13.Запорные вентили.

14.Краны двойной регулировки.

15.Трехходовые краны.

10