- •Глава 5. Системы водяного отопления
- •§ 5.1. Устройство, принцип действия и классификация
- •§ 5.2. Размещение, устройство и монтаж элементов систем водяного отопления
- •1. Размещение и монтаж теплопроводов в здании.
- •2. Запорно-регулирующая арматура.
- •3. Расширительный бак.
- •§ 5.3. Область применения и технико-экономические показатели систем водяного отопления
- •§ 5.4. Циркуляционное давление в системах водяного отопления
- •Системы с естественной циркуляцией воды.
- •Системы с искусственной циркуляцией воды.
- •§ 5.5. Основные принципы гидравлического расчета теплопроводов систем водяного отопления
- •§ 5.6. Системы пароводяного и водо-водяного отопления.
- •Пример гидравлического расчета теплопроводов.
§ 5.4. Циркуляционное давление в системах водяного отопления
Системы с естественной циркуляцией воды.
Естественное циркуляционное давление - сумма давления Δре. пр, возникающего за счет охлаждения воды в отопительных приборах, и давления Δре. тр вызываемого охлаждением воды в теплопроводах:
Δре = Δре. пр - Δре. тр. (5.5)
Определим величину естественного циркуляционного давления для схемы рис. 5.15. Система состоит из котла 1, теплопроводов 2, соединяющих котел c отопительным прибором 4, и расширительного сосуда 3.
Считаем, что нагрев воды происходит в середине котла, ее охлаждение — в середине отопительного прибора, в теплопроводах вода не охлаждается. Поэтому теплопроводы подающие заполнены горячей водой с температурой tг, °C, и плотностью ρг, кг/м3, а обратные — охлажденной водой с to, °С, ρо, кг/м3. Подающие теплопроводы — сплошная линия, обратные — прерывистая.
Давление столба воды в сечении обратной магистрали А—А справа
рпр = g(hоρо + hρо + h1ρг + h2ρг) + рб (5.6)
Давление столба воды в течении А—А слева
рл = g(hоρо + hρг + h1ρг + h2ρг) + рб (5.7)
где рб — атмосферное давление, действующее на поверхность воды в расширительном баке.
Естественное давление (равно разности давлений) Δре, Па
Δре = рпр - рл = [g(hоρо + hρо + h1ρг + h2ρг) + рб] –
[g(hоρо + hρг + h1ρг + h2ρг) + рб] = gh (ρо - ρг). (5.8)
Таким образом, естественное циркуляционное давление равно произведению ускорения свободного падения на вертикальное расстояние от середины котла (центра нагрева) до середины отопительного прибора (центра охлаждения) и разности плотностей охлажденной и горячей воды.
Кроме того, рб и высота расположения расширительного сосуда не влияют на Δре: для его повышения необходимо заглублять котел (увеличить h).
Рис. 5.15. Схема к определению естественного давления в двухтрубной системе водяного отопления
В действительности вода охлаждается и в теплопроводах системы. Общая величина естественного давления ∑Δре, Па:
∑Δре = gh (ρо - ρг) + Δре.тр, (5.9)
где Δре.тр — дополнительное естественное давление от охлаждения воды в теплопроводах с верхним расположением подающей магистрали, см. прил. 4.
При нижним расположением обеих магистралей охлаждение воды в подъемных стояках (горячих) уменьшает действующее давление, а в опускных (обратных) увеличивает. Уменьшение примерно равно увеличению и поэтому не учитывается.
В зданиях в два и более этажей число циркуляционных колец в двухтрубной системе равно числу отопительных приборов (без учета «сцепок»).
В кольце, проходящем через прибор второго этажа:
Δр2 = gh' (ρо - ρг) + Δр1, (5.10)
где Δр1 — естественное давление в кольце через прибор первого этажа; h' — расстояние от центра прибора первого этажа до центра прибора второго этажа.
В кольце через прибор третьего этажа:
Δр3 = gh'' (ρо - ρг) + Δр2, (5.11)
где Δр2 — естественное давление в кольце через прибор второго этажа; h'' — расстояние от центра прибора второго этажа до центра прибора третьего этажа.
Избыточное давление для приборов верхних этажей приводит к более интенсивному движению воды в ответвлениях к прибору, в приборе и в обратном стояке, что вызывает перегрев приборов верхних этажей и недогрев приборов нижних этажей. Поэтому при монтаже поэтажно изменяют степень открытия кранов у отопительных приборов,
В однотрубной системе число циркуляционных колец равно числу отопительных стояков. Вода охлаждается последовательно в приборах, присоединенных к стояку.
В проточной однотрубной системе двухэтажного здания (рис. 5.16) естественное давление равно
Δр2' = gh1 (ρо - ρг) + gh2 (ρп - ρг). (5.12)
Рис. 5.16. Схема к определению естественного давления в проточной однотрубной системе водяного отопления
Сопоставляя (5.8)—(5.12), получим, что естественное давление в циркуляционном кольце однотрубной системы несколько меньше, чем в циркуляционном кольце через прибор верхних этажей двухтрубной системы, и значительно больше, чем в кольце через прибор первого этажа двухтрубной системы. Для систем двухэтажных зданий Δр2 > Δр2' > Δр1.
Температура воды tп, °С (см. рис. 7.16)
tп = tг - Δtпр = tг – (Qпp.2/( Qпp.1+Qпp.2))( tг – to), (5.13) tх = tг - Δtпр = tг – ((Qпp.1+Qпp.2+...+Qпр.n) /( ∑Qпp))( tг – to), (5.14)
где Δtпр — перепад температур в первом по направлению движения воды приборе; Qпp.1+Qпp.2+...+Qпр.n — тепловая загрузка отопительных приборов, расположенных выше точки х, в которой определяется температура воды, Вт; ∑Qпp — тепловая нагрузка всех отопительных приборов, присоединенных к данному стояку, Вт; tг — температура горячей воды, поступающей в стояк, оС; to — температура охлажденной воды, выходящей из стояка, оС.
Величина естественного давления, создаваемого охлаждением воды в отопительных приборах однотрубных систем с замыкающими участками Δре.пр, Па, определяется по формулам.
При верхнем расположении подающей магистрали с осевыми и смещенными замыкающими участками
Δре.пр = gh1' (ρсм.1 - ρг) + gh2' (ρсм.2 - ρг) +… + ghпр (ρо - ρг), (5.15)
где h1', h2' — вертикальные расстояния от низа приборов одного этажа до низа приборов следующего этажа, м; hпр — вертикальное расстояние от центра котла до низа приборов первого этажа, м; ρг ρсм.1,… ρо — плотность воды, поступающей в систему, смеси воды на участках и охлажденной воды, кг/м3.
(5.15) аналогична (5.12), но высоты считают от середин приборов этажей.
При нижнем расположении обеих магистралей
Δре.пр = gh1' (ρсм.1(0) - ρсм.1(п)) + gh2' (ρсм.2(0) - ρсм.2(п)) +… + ghпр (ρ0 - ρг), (5.16)
где h1', h2' — вертикальное расстояние от центра приборов одного этажа до центра приборов следующего этажа, м; hпр — вертикальное расстояние от центра котла до центра приборов первого этажа, м; ρсм.1(п), ρсм.2(п), … ρсм.i(п), — плотность смеси воды на участке подъемного стояка (1, 2,…i — номер этажа), кг/м3, ρсм.1(о), ρсм.2(о), … ρсм.i(о) — плотность смеси воды на участке опускного стояка (1, 2,…i — номер этажа), кг/м3.
Температура смеси воды, необходимая для определения плотности, определяется аналогично (5.14):
tсм = tг – (∑Qi / Qст) Δtст, (5.17)
где Qст — тепловая нагрузка стояка, Вт; ∑Qi — тепловая нагрузка всех отопительные приборов стояка, расположенных в системах с подачей воды по схеме «сверху—вниз» вышерассчитываемых приборов, а в системах с подачей воды по схеме «снизу — вверх» — нижерассчитываемых приборов, считая по направлению движения воды, Вт; Δtст — температурный перепад теплоносителя в стояке, °С.