книги / Отопление и вентиляция. Отопление

Q = 4,19-G-A/ кдж/час-,

Q = Д6-4,19(1 — ]*)•/ кдж/тс.

Используя это выражение, можно определить действи­ тельную величину теплоотдачи обоих нагревательных при­ боров, питаемых стояком 2—5, учитывая % полезной тепло­ отдачи труб.

При определении перепада температур на участке 7-8 следует учесть, что наличие нагревательного прибора уве­

Д< = 236- — = 12,6°.

37,5

Определив температуры в отдельных точках сети (см. расчетную табл. 25), можно найти и средние температуры воды на отдельных участках. Далее, пользуясь формулой

Таблица 25

3 4 , 8 I н/ м 2

(25) или (26), можно вычислить действующее давление в лю­ бом кольце циркуляции и сравнить его с величиной потерь.

Центр нагрева котла примем на 0,2 м выше уровня колосников.

=2,5 •9502 + 0,5 •9552 + 0,5 •9592 —

—2,8-9470 — 0,7-9604 = 83,2 н/м2.

Определение действующего давления следует считать довольно приблизительным, так как значения Y брались по таблице приложения IV округленно.

Далее определяем параметры в кольце циркуляции более удаленного прибора, вписывая соответствующие расчетные данные в таблицу.

Общая потеря давления в этом кольце циркуляции соста­ вит:

34,8 + 2,6 + 4,9 + 3,4 + 6,8 = 34,8 + 17,7 = 52,5 н/м2. Теплоотдача одного радиатора на участке 3-4 составит:

[4200 - 4,19(3,5-66-0,2 + 3-66-0,5 + 2-47-1 + 3,5-66-1)]0,5 = = 1150 кдж/яас.

На участке 3-4 соответственно:

Д0' = 47 + Ji* L = 180.

4 ,1 9 -2

Действующее давление в кольце дальнего прибора составит приблизительно:

ления (51,9 н/м2) примерно в 2 раза, а действующее давление в кольце дальнего прибора (174,2 н/м2) превышает потерю давления (52,5 н/м2), примерно, в 3 раза. Поэтому диаметр участка 5-6 по крайней мере можно уменьшить с V /4" до 1".

Уменьшение диаметра участка 1-2 повлечет за собой не только увеличение сопротивления, но и существенное умень­ шение действующего давления, поскольку охлаждение трубы 1-2 уменьшится.

Можно было бы путем изменения диаметров и соответ­ ствующего перерасчета системы достигнуть того, что значе­ ние действующего давления будет лишь немного превышать потери давления. Однако учитывая неточность расчетов, возможные монтажные отступления от проекта и небольшие абсолютные значения действующего давления, следует при­ нимать для этажных систем отопления превышение величины

133

действующего давления над потерями в сети значительно большее, чем для обычных систем водяного отопления. В силу сказанного ограничимся изменением диаметра участка 5-6 и будем считать на этом расчет системы законченным.

§ 18. ВОДЯНОЕ ОТОПЛЕНИЕ С ИСКУССТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ

Расширение производства электрической энергии позво­ лило снизить стоимость этого вида энергии, в результате чего в ряде случаев стало рентабельным применять для циркуляции воды в системах отопления насосы, работающие от электродвигателей. Для этого применяют центробежные и крыльчатые (пропеллерные) насосы. В настоящее время наиболее распространены центробежные насосы, поскольку они широко применяются для водоснабжения и в самых различных областях техники.

Для систем отопления характерно, что потеря давления в них на преодоление сопротивлений сравнительно невелика, составляя обычно не более 1—2 м вод. cm. (не более 10000— 20000 н/м2). Дело в том, что в водопроводных установках энергия расходуется как на преодоление сопротивления сети, так и на подъем воды на определенную разность отметок. В замкнутом кольце циркуляции системы водяного отопления подъему определенного количества воды на какую-то высоту соответствует опускание равного количества воды на ту же высоту, т. е. энергия расходуется только на преодоление сопротивлений сети. Создания большого давления от насоса не требуется. Центробежные насосы обычно создают давле­ ние, значительно превышающее потребности систем отопле­ ния. Поэтому крыльчатые насосы, имеющие большую произ­ водительность при малом давлении, более пригодны для систем отопления.

Применение насосного побуждения делает радиус действия систем водяного отопления почти неограниченным, в отличие от систем с естественной циркуляцией, для которых радиус действий ограничивается 40—50 м.

Насосные системы отопления имеют следующие особен­ ности в отличие от систем с естественной циркуляцией:

1. Разность давлений, создаваемая насосом, дает возмож­ ность обеспечить циркуляцию воды через нагревательный прибор при любом его положении относительно центра нагревания (котла). Иными словами, нагревательный прибор можно поместить как выше, так и ниже котла. Под воздей­ ствием давления насоса можно заставить циркулировать воду

даже в направлении, обратном направлению ёстественной циркуляции.

134

2. Вследствие значительных скоростей воды в трубах, которые может создавать насос, удаление воздуха сильно затрудняется, в особенности тогда, когда пузырьки его идут против течения.

3. С возрастанием скорости воды явления, связанные с делением и в особенности со слиянием потоков в тройниках и крестовинах, становятся более резкими. Струи, идущие

сббльшей скоростью, начинают эжектировать струи, идущие

сменьшей скоростью. Поэтому скорости движения воды рекомендуется ограничивать некоторым максимальным зна­ чением (СН-7-57). В табл. 26 приведены максимальные зна­

4.При наличии вакуума в некоторых точках системы возможно вскипание воды, заполняющей систему, так как точка кипения воды зависит от давления, под которым вода находится.

5.Применение насоса позволяет сильно уменьшить диа­ метры труб по сравнению с гравитационной системой (есте­ ственная циркуляция) и, следовательно, снизить капитальные затраты. Зато появляются затраты на установку насоса и питание его электроэнергией. Иными словами, снижению

капитальных затрат сопутствует увеличение затрат эксплу­ атационных. Поэтому при проектировании насосных систем следует найти такой вариант, при котором сумма тех и дру­ гих затрат будет минимальной.

6. Для обеспечения удовлетворительного отвода воздуха при сравнительно высоких скоростях движения воды все трубы нужно уложить с уклоном не менее 0,0Э2 в сторону движения воды й воздуха, если направление движения обеих сред совпадает. В противном случае рекомендуется уклон увеличивать до 0,005.

Поскольку при насосном побуждении протяженность систем отопления может быть весьма большой, потери дав­ ления в кольце циркуляции наиболее отдаленного стояка часто оказываются, во много раз больше потерь в кольце циркуляции ближайшего стояка. Для уравнивания сопротивг Дения колец приходится делать диаметры труб в кольце циркуляции наиболее удаленного прибора достаточно боль­ шими или очень сильно дросселировать краны у приборов

135

на ближайшем к котлу стояке. Первое мероприятие невы­ годно, так как целью установки насоса является снижение, а не увеличение диаметров труб. Дросселирование применять опасно, так как при небольших свободных сечениях, остаю­ щихся в кранах для прохода воды, они легко засоряются. Кроме того, при сильном дросселировании точность регули­ рования ухудшается. В силу изложенного для насосных систем часто применяют схему с попутным движением воды (см. рис. 33 на стр. 93).

Вследствие того что насосная система может обслуживать большое количество нагревательных приборов и стояков, монтажная регулировка подобных систем гораздо более трудоемка и сложна, чем систем с естественной циркуляцией. Поэтому для насосных систем особенно важно достигнуть равномерного нагревания приборов, расположенных в разных этажах.

Хорошие результаты в этом отношении достигаются при применении систем с опрокинутой циркуляцией (рис. 48).

С опрокинутой циркуляцией могут работать как двух­ трубные, так и однотрубные системы. Это видно из рисунка, на котором к каждому из стояков приборы подключены по1 различным схемам.

Из отопительных систем с опрокинутой циркуляцией' весьма просто удалять воздух, поскольку направление дви­

136

жения его совпадает с направлением движения воды, за исключением главного стояка. При значительной скорости воды в последний может засасываться некоторое количество воздуха. Для того чтобы воздух не попадал в котел, между котлом и насосом иногда устанавливают вантуз, хотя прак­ тика показывает, что подобное устройство далеко не обя­ зательно.

Вместе с тем в системах с опрокинутой циркуляцией имеется один существенный недостаток: воздух, выделив­ шийся в котле, до выхода в атмосферу должен пройти через трубы системы отопления, а не только от котла до ближай­ шего вантуза, через главный подъемный стояк. Это неблаго­ приятно с точки зрения коррозии. Так как скорости движе­ ния воды по трубам в насосных системах довольно велики, то ржавчина и грязь, оседающая на внутренних поверхностях

возможности вскипания воды большое значение имеет характер распределения давлений в трубах систем с насос­ ной циркуляцией, во многом зависящей от присоединения расширительного сосуда.

Рассмотрим этот вопрос более подробно. Предположим (рис. 50, а), что имеется элементарно простое кольцо отоп­ ления, обслуживаемое насосом и состоящее из заполненных водой горизонтально расположенных одинакового диаметра труб. При остановленном насосе суммарное (полное) давление в трубах будет равно гидростатическому давлению, которое соответствует уровню стояния воды в открытом расшири­ тельном сосуде. Вследствие постоянства объема воды в си­ стеме при пуске насоса уровень воды в расширительном со­

137

суде изменяться не сможет. Следовательно, точка //присое­

щее при прохождении воды по трубам, должно по всей дли-

*)

Насос

Рис. 10

не трубопровода уменьшаться. Поэтому при работе насоса кривая изменения суммарного давления пойдет так, как по­ казано на рис. 50, а, т. е. в одной части сети суммарное давление будет выше гидростатического, а в другой части— ниже. В первой части движение будет происходить за счет

138

компрессии, создаваемой насосом, а во второй части за счет вакуума, создаваемого им же. Если все кольцо труб (рис. 50, б) расположить под некоторым углом а к горизонту, то для трубы, расположенной сверху, распределение гидроста­ тических давлений останется таким же, как и в предыдущем случае, а для трубы, расположенной внизу, давление увели­ чивается на величину веса столба воды Л. Однако при пуске насоса сопротивление наклонного кольца будет равно сопро­ тивлению горизонтального, так как энергия будет расходо­ ваться только на циркуляцию воды.

Суммарные давления в отдельных точках наклонного кольца будут складываться из суммы гидростатического и гидродинамического давлений, т. е. в точке А при включении в работу насоса общее давление увеличится, а в точке Б —

наковым. Поскольку объем воды в кольце постоянен, увели­ чение уровня стояния воды в части пиезометров происходит за счет снижения уровня в других. Но если к кольцу присое­ динить только один пиезометр, уровень в нем при включении насоса изменяться не может. Таким образом, место приклю­ чения единственного пиезометра будет, являться нейтраль­ ной точкой кольца. Перемещая пиезометр в ту или иную точку кольца, можно заставить воду, заполняющую кольцо, перемещаться или под воздействием нагнетания или за счет всасывания, создаваемого насосом (рис. 50, г, д).

Всистемах отопления с насосной циркуляцией единствен­ ным трубопроводом, постоянно сообщающимся с атмосферой, является трубопровод, присоединенный к расширительному сосуду. Таким образом, место присоединения расширитель­ ного сосуда является нейтральной точкой системы.

Вреальной системе отопления происходящие явления гораздо сложнее, чем в элементарном циркуляционном коль­ це. Рассмотрим сеть трубопроводов насосного отопления здания, имеющего в различных частях разную высоту (рис.

51)без показания на ней нагревательных приборов. Если расширительный сосуд присоединить к самой высокой точке сети, как это бывает в системах с естественной циркуляцией, то точка N0 будет являться нейтральной точкой системы.

Для отвода воздуха от повышенной части сети, располо­ женной вправо от котла, нужен вантуз. При бездействии на­ соса вантуз будет находиться под гидростатическим давле­ нием, минимальная величина которого равна весу столба

1 3 9

воды высотою h, равного разности отметок между нижним уровнем воды в расширителе и верхом вантуза. При вклю­ чении насоса сопротивление сети от насоса до точки N0 бу­ дет покрываться за счет компрессии, создаваемой насосом (положительное давление, обозначенное на рисунке знаком + ), а на трассе между точками N0 — D — E — F — О — насос

ее определяется из следующего рассуждения: сопротивление по пути В — А’о и сопротивление по пути В — N должны быть равны между собой. Путем аналогичных рассуждений можно установить наличие в системе еще ряда нейтральных точек TV,, N2, N3, N4 и Ns. Последняя точка представляет особый интерес. Положение ее определяется по аналогии с предыду­ щим равенством

через вантуз, что может повести к разрыву струи и прекра­ щению циркуляции. Для того чтобы этого не могло прои­ зойти, в месте присоединения вантуза должно быть положи-

1 4 0