10527

120

котором клапан остается закрытым. При увеличении давления избыток пара че-

рез приоткрывающийся клапан удаляется в атмосферу и заданное давление па-

ра восстанавливается.

Конденсатный насос для перекачки конденсата из бака на тепловую стан-

цию выбирают для подачи в 1 ч. не менее, чем удвоенного количества накапли-

вающегося конденсата. Развиваемого насосом давления должно быть достаточ-

но для подъема конденсата и преодоления конечного давления в точке, куда подается конденсат, с учетом потерь давления в трубах рпот по пути от кон-

денсатного бака.

Если конденсат подается из бака в котел, то давление насоса рн, Па,

определяют по формуле:

где к – удельный вес конденсата, Н/м3;

рп – давление пара в котле, МПа;

h – вертикальное расстояние между уровнями конденсата – верхним в котле и нижним в баке, м (с запасом 1 м).

9.4. Гидравлический расчет паропроводов низкого давления

При движении пара по участку паропровода его количество уменьшается вследствие попутной конденсации, снижается также его плотность из-за потери давления. Снижение плотности сопровождается увеличением, несмотря на ча-

стичную конденсацию, объема пара к концу участка, что приводит к возраста-

нию скорости его движения.

В системе низкого давления при давлении пара от 0,005 до 0,02 МПа эти сложные процессы вызывают практически незначительные изменения парамет-

ров пара. Поэтому принимают, что расход пара постоянен на каждом участке, а

плотность пара постоянна на всех участках системы. При этих двух условиях гидравлический расчет паропроводов проводят по уже известному способу рас-

чета по удельной линейной потере давления, исходя из тепловых нагрузок участков. Расчет начинают с ветви паропровода, ведущего к наиболее неблаго-

121

приятно расположенному отопительному прибору, каковым является прибор,

наиболее удаленный от котла.

Для гидравлического расчета паропроводов низкого давления используют таблицы (табл. II.4 и II.5 Справочника проектировщика [6]), составленные при удельном весе 0,634 кг/м3, соответствующей среднему избыточному давлению

пара 0,01 МПа, и эквивалентной шероховатости труб kэ = 0,0002 м (0,2 мм).

В системах низкого и повышенного давления установлена во избежание шума предельная скорость пара: 30 м/с при движении пара и попутного кон-

денсата в трубе в одном и том же направлении и 20 м/с при встречном их дви-

жении. Для ориентации при подборе диаметра паропроводов вычисляют, как и при расчете систем водяного отопления, среднее значение возможной удельной

lпар – общая длина участков паропровода до наиболее удаленного отопи-

тельного прибора, м;

рпр – необходимое давление перед вентилем концевого прибора, Па.

Для преодоления сопротивлений, не учтенных при расчете или введенных

в систему в процессе ее монтажа, оставляют запас давления до 10% расчетной разности давления, т.е. сумма линейных и местных потерь давления по основ-

ному расчетному направлению должна составлять около 0,9(рп – рпр).

После расчета ветви паропровода до наиболее неблагоприятно располо-

женного прибора переходят к расчету ветвей паропровода до других отопи-

тельных приборов. Этот расчет сводится к увязке потерь давления на парал-

лельно соединенных участках основной (уже рассчитанной) и второстепенной

(подлежащей расчету) ветвях. При увязке потерь давления на параллельно со-

единенных участках паропроводов допустима невязка до 15 %. В случае невоз-

можности увязки потерь давления применяют дросселирующую диафрагму.

122

где Qуч – тепловая нагрузка участка, Вт;

рд – излишек давления, подлежащий дросселированию, Па.

9.5. Гидравлический расчет паропроводов высокого давления

Расчет паропроводов систем повышенного и высокого давления проводят с учетом изменения объема пара при изменении его давления и уменьшения рас-

хода пара вследствие попутной конденсации. В случае, когда известно начальное давление пара рп и задано конечное давление перед отопительными приборами

рпр, расчет паропроводов выполняют до расчета конденсатопроводов.

Гидравлический расчет выполняют по способу приведенных длин, кото-

рый применяется, когда линейные потери давления являются основными (80%

и более), а потери давления в местных сопротивлениях сравнительно малы.

При расчете линейных потерь давления в паропроводах используют вспомогательную таблицу, составленную для труб с эквивалентной шерохова-

тостью внутренней поверхности kэ = 0,2 мм, по которым перемещается пар,

имеющий условно постоянную плотность 1 кг/м3 (избыточное давление такого пара 0,076 МПа, температура 116,2оС, кинематическая вязкость 21 10-6 м2/с). В

таблицу внесены расход G, кг/ч, и скорость движения w, м/с, пара. Для подбора диаметра труб по таблице вычисляют среднее условное значение удельной ли-

нейной потери давления по формуле:

Rср.усл = 0,8(рп - рпр)ρср / lпар, (9.8)

где ρср – средняя плотность пара, кг/м3, при среднем его давлении в си-

стеме 0,5(рп + рпр).

По вспомогательной таблице получают в зависимости от среднего рас-

четного расхода пара условные значения удельной линейной потери давления

Rусл и скорости движения пара wусл. Переход от условных значений к действи-

тельным, соответствующим параметрам пара на каждом участке, делают по формулам:

123

где ρср.уч – действительное среднее значение плотности пара на участке,

кг/м3, определяемое по его среднему давлению на том же участке.

Действительная скорость пара не должна превышать 80 м/с (30 м/с в си-

стеме повышенного давления) при движении пара и попутного конденсата в одном и том же направлении и 60 м/с (20 м/с в системе повышенного давления)

при встречном их движении.

Таким образом, гидравлический расчет проводится с усреднением значе-

ний плотности пара на каждом участке, а не в целом для системы, как это дела-

ется при гидравлических расчетах систем водяного отопления и парового отоп-

ления низкого давления.

Потери давления в местных сопротивлениях, составляющие всего не бо-

лее 20 % общих потерь, определяют через эквивалентные им потери давления по длине труб. Эквивалентную местным сопротивлениям дополнительную дли-

ну трубы находят по формуле:

Значения dв /λ приведены в таблице II.7 Справочника проектировщика

[6]. Видно, что эти значения должны возрастать с увеличением диаметра труб.

Действительно, если, например, для трубы Dу = 15 мм dв /λ = 0,33 м, то для тру-

бы Dу = 50 мм оно составляют 1,85 м. Эти цифры показывают длину трубы, при которой потеря давления на трение равна потере в местном сопротивлении с

коэффициентом ξ = 1,0.

Общие потери давления руч на каждом участке паропровода с учетом эк-

где lприв = l + lэкв – расчетная приведенная длина участка, м, включающая фактическую и эквивалентную местным сопротивлениям длины участка.

Для преодоления сопротивлений, не учтенных при расчете по основным направлениям, оставляют запас не менее 10 % расчетного перепада давления.

При увязке потерь давления в параллельно соединенных участках допустима,

как и при расчете паропроводов низкого давления, невязка до 15 %.

124

В системах высокого давления в большинстве случаев гидравлический расчет паропроводов выполняют после расчета конденсатопроводов, в резуль-

тате которого определяется давление перед отопительными приборами рпр (с

проверкой его допустимости по температуре tп). Далее, если известно началь-

ное давление пара рп в распределительном коллекторе, расчет паропроводов делают как указано выше. Если же давление рп не задано, то его находят, про-

водя расчет по предельно допустимой скорости движения пара.

9.6. Система пароводяного отопления

Пароводяную систему отопления применяют при централизованном теп-

лоснабжении промышленного предприятия паром и необходимости устройства в одном из зданий водяного отопления.

Систему пароводяного отопления применяют также в верхней части вы-

сотных зданий, куда без больших затруднений может быть подан первичный теплоноситель – пар. При вертикальном подъеме пара – теплоносителя с малой плотностью – обеспечивают лишь отведение попутно образующегося конден-

сата. Конденсат удаляется через конденсатоотводчики в конденсатопровод, по которому стекает конденсат из вышерасположенного теплообменника. Так устроено, в частности, отопление верхней (четвертой) зоны центральной части главного корпуса Московского государственного университета.

Подобная система пароводяного отопления называется централизован-

ной. В централизованной системе вода может нагреваться в емкостном или скоростном теплообменнике.

В емкостном теплообменнике вода заполняет цилиндрический корпус, а

пар поступает в двухходовой змеевик, находящийся в нижней части корпуса.

Пар подается в верхний патрубок змеевика, в змеевике превращается в конден-

сат, который удаляется через нижний патрубок змеевика, не смешиваясь с во-

дой, циркулирующей в системе отопления. Нагреваемая вода попадает в тепло-

обменник снизу, нагретая более легкая вода через верхний патрубок попадает в систему отопления.

125

Емкостные теплообменники отличаются незначительным сопротвилени-

ем (ξ = 2,0) движению через них воды, поэтому могут применяться в системе отопления с естественной циркуляцией воды. Система может быть выполнена по любой известной схеме с верхней разводкой подающей магистрали.

Существенным недостатком емкостных теплообменников является их громоздкость, связанная с тем, что коэффициент теплопередачи змеевиков не превышает при стальных трубах 700 Вт/(м2 К), при латунных или медных тру-

бах - 840 Вт/(м2 К). Благодаря большому объему находящейся в теплообменни-

ках воды пар в них может подаваться с большими или меньшими перерывами в зависимости от температуры наружного воздуха.

Существенно меньшие размеры имеют скоростные теплообменники, в

которых нагреваемая вода движется последовательно через два пучка стальных или латунных трубок с большой скоростью (от 0,5 до 2,5 м/с). Теплоноситель пар подается сверху в межтрубное пространство цилиндрического корпуса,

конденсат отводится снизу. Площадь нагревательной поверхности трубок ско-

ростных теплообменников значительно меньше площади змеевика емкостных теплообменников в связи с повышением (примерно в три раза) коэффициента теплопередачи. Вследствие большого гидравлического сопротивления скорост-

ные теплообменники могут применяться только в системе отопления с насос-

ной циркуляцией воды. Для регулирования температуры воды, поступающей в систему отопления, вокруг теплообменников устраивают обводную линию с регулирующим клапаном.

В системе пароводяного отопления для обеспечения бесперебойной рабо-

ты устанавливают два теплообменника, каждый из которых рассчитывается на половину тепловой мощности системы.

Вдецентрализованной системе пароводяного отопления вода нагревается паром непосредственно в отопительных приборах.

Водной из конструкций децентрализованной системы применяются стандартные чугунные радиаторы, в нижнюю часть которых закладываются перфорированные трубы (рис. 9.4, а) с заглушенным концом. С одной стороны

126

в эти трубы подается пар, который через ряд мелких отверстий выходит в ради-

атор. Образующийся конденсат заполняет радиаторы, и во время работы систе-

мы отопления радиаторы всегда залиты конденсатом до уровня верхней слив-

ной подводки.

Рис. 9.4. Отопительные приборы децентрализованной пароводяной системы отопления: а – стандартный чугунный радиатор; б – стальной безнапорный радиатор; 1 – паровой стояк; 2 – паровой вентиль; 3 – чугунный радиатор; 4 – конденсатный стояк; 5 – вентиль (нормально закрыт); 6 – перфорированная труба; 7 – стальной радиатор; 8 - водоналивной патрубок; 9 – водонагревательная труба

Необходимая температура воды в радиаторах поддерживается путем впуска в них большего или меньшего количества пара через подводку, начина-

ющуюся от парового стояка несколько выше верха приборов. Излишек конден-

сата сливается в конденсатный бак.

Выпуск воды из радиаторов в случае необходимости осуществляется че-

рез нормально закрытый вентиль на нижней конденсатной подводке в конден-

сатный стояк.

В другой конструкции децентрализованной системы (рис. 9.4, б) пар из парового стояка подается в водонагревательную трубу (без отверстий), поме-

щенную также в нижней части приборов. Стальные безнапорные приборы – ра-

диаторы заполняются водой через специальный патрубок в их верхней части.

Вода в радиаторах нагревается при теплопередаче через стенки трубы в процессе конденсации пара. Конденсат удаляется через конденсатную подводку в стояк. Достоинствами децентрализованной системы пароводяного отопления являются меньший расход металла по сравнению с обычными системами водя-

ного отопления и пониженная температура поверхности радиаторов (в системе парового отопления даже низкого давления она составляет 100 °С и выше).

127

Недостатки этой системы существенны. К ним относятся сложное регу-

лирование, шум и вероятность гидравлических ударов в отопительных прибо-

рах. В связи с этим децентрализованная система пароводяного отопления ши-

рокого распространения не получила.

10.ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ

10.1.Системы воздушного отопления

Всистемах воздушного отопления используется атмосферный воздух.

Воздушное отопление имеет много общего с другими видами централизованно-

го отопления. И воздушное, и водяное отопление основаны на передаче тепло-

ты в отапливаемые помещения от охлаждающегося теплоносителя.

В центральных системах воздушного отопления, как и в системах водяно-

го и парового отопления, имеются теплогенератор (центральная установка для нагревания воздуха) и теплопроводы (каналы или воздуховоды для перемеще-

ния теплоносителя).

Воздух для отопления обычно является вторичным теплоносителем, так как нагревается в калориферах другим, первичным теплоносителем – горячей водой или паром. Таким образом, системы воздушного отопления фактически становятся комбинированными – водовоздушными или паровоздушными. Для нагревания воздуха используют также другие отопительные приборы и иные теплоисточники. В системах воздушного отопления воздух, нагретый до темпе-

ратуры более высокой, чем температура воздуха в помещениях, отдает избыток теплоты и, охладившись, возвращается для повторного нагревания. Этот про-

цесс может осуществляться двумя способами:

нагретый воздух, попадая в обогреваемое помещение, смешивается с окружающим воздухом и охлаждается до температуры этого воздуха;

нагретый воздух не попадает в обогреваемое помещение, а перемещает-

ся в окружающих помещение каналах, нагревая их стенки.

В настоящее время распространен первый способ (рассматриваемый в

данной главе).

128

Известно одно из достоинств применяемой центральной системы воздуш-

ного отопления – отсутствие отопительных приборов в обогреваемых помеще-

ниях. Однако если радиус действия системы воздушного отопления сужается до одного помещения, то воздухонагреватель может устанавливаться непосред-

ственно в этом помещении, и тогда система становится местной. Отличие от си-

стемы водяного отопления в этом случае будет в том, что тепловая мощность воздухонагревателя значительно больше мощности одного обычного отопитель-

ного прибора, и в помещении создается интенсивная циркуляция воздуха.

Местной делают систему воздушного отопления, если в помещении от-

сутствует центральная система приточной вентиляции, а также при незначи-

тельном объеме приточного воздуха, подаваемого в течение часа (менее поло-

вины объема помещения). Для воздушного отопления характерно повышение санитарно-гигиенических показателей воздушной среды помещения. Могут быть обеспечены подвижность воздуха, благоприятная для нормального само-

чувствия людей, равномерность температуры помещения, а также смена,

очистка и увлажнение воздуха. Кроме того, при устройстве местной системы воздушного отопления достигается экономия металла.

Вместе с тем воздушное отопление не лишено существенных недостат-

ков. Как известно, площади поперечных сечений и поверхности воздуховодов из-за малой теплоаккумулирующей способности воздуха во много раз превы-

шают сечения и поверхности водяных и паровых теплопроводов. В сети значи-

тельной протяженности воздух заметно охлаждается, несмотря на то, что воз-

духоводы покрывают тепловой изоляцией. По этим причинам применение цен-

тральных систем воздушного отопления в сравнении с другими системами мо-

жет оказываться экономически нецелесообразным.

Возможность совмещения воздушного отопления с приточной вентиля-

цией в холодный период, с охлаждением помещений в летний период сближает воздушное отопление с вентиляцией и кондиционированием воздуха, и пред-

определяет дополнительное рассмотрение общих вопросов при изучении соот-

ветствующих дисциплин.