книги / Отопление и вентиляция. Отопление

где а — коэффициент расхода тепла помещением или зданием, т. е. отношение теплопотери при данной температуре 4 к максимальной расчетной теплопотере при тем­

пературе 4 . р. о. Очевидно, что

4 4 . р. о

Подставив это выражение в предыдущее, получим

Если рассмотреть связь между средней температурой нагревательного прибора 4р и температурой горячей и охлаж­ денной воды 4 и 4 , то всегда должно существовать равен­ ство:

171

Подставив-это выражение в уравнения (75) и (76), получим:

Уравнения (78) и (79) являются исходными для построения эксплуатационных графиков регулирования систем водяного отопления.

Двухтрубные системы

Рассмотрим вопрос об оптимальном графике регулирования двухтрубных систем. В настоящее время работами советских ученых доказано, что режим работы любой двухтрубной системы является оптимальным, если он соответствует режиму работы гравитационной двухтрубной системы.

Докажем это положение. Для этого рассмотрим два произвольно выбранных нагревательных прибора.

Напишем для каждого из этих приборов уравнение баланса тепла:

При изменении наружной температуры теплоотдача каж­ дого из приборов должна изменяться в одинаковой степени и стать равной:

величину я в обоих случаях в а раз возможно только тогда, когда 8J = 82, т. е. если /ср. i = /Ср. 2- Таким образом, при новом режиме средние температуры обоих приборов должны оста­ ваться равными друг другу.

Отсюда следует вывод, что для соблюдения тепловой устойчивости системы необходимо одинаковое изменение средних температур всех нагревательных приборов в соответ­ ствии с уравнением:

(С.-*в)

Пропорциональному изменению теплоотдачи должно соот­ ветствовать пропорциональное изменение поступления тепла в приборы, т. е.

172

Так как а для обоих рассматриваемых приборов одинакова,

Давление, обусловливающее движение воды в трубах насосных систем, складывается из давления, создаваемого

Гравитационное давление изменяется в зависимости от изменения температуры горячей и холодной воды.

Обозначим общее давление при любой наружной темпера­ туре для первого нагревательного прибора P OI = P HI + Р гъ а

Вследствие одинакового изменения температур всех при­ боров гравитационное давление в каждом из приборов будет изменяться одинаково, т. е.

РгХ

rl

Тогда при наличии одного гравитационного давления рас­ ходы воды в нагревательных приборах так же будут меняться в одинаковой степени. При наличии дополнительной разности давлений, создаваемой насосом, эта пропорциональность может сохраняться лишь в том случае, если

а это возможно лишь при условии, когда

Р г1 _Л-2 __ Л,1 _ _Лй

Л1 _ л 2 ~ р ',ч ~ р л ’

т. е. если разность давлений создаваемая насосом, будет меняться совершенно так же, как меняется гравитационное

173

давление. Установив это важное обстоятельство, выясним, как меняются температура и расход воды в гравитационных системах водяного отопления.

Так как высота расположения каждого нагревательного прибора над центром котла постоянна, то гравитационное давление будет меняться прямо пропорционально изменению разности давлений охлажденной и горячей воды 7о~Тг и будет равно:

откуда

174

Однотрубная система

О

Иис. 67

Решая уравнение (81) для расчетных температур воды t\ —

— 95° и (й — 70° и определяя среднюю температуру воды по

уравнению (69), можно, согласно расчетам инж. Е. А. Белиц­ кого, найти путем подбора показателя степени более простое выражение для определения S:

оптимальный график изменения температур и относительных расходов воды в двухтрубной системе водяного отопления (см. рис. 67 на стр. 175).

При пользовании графиком следует помнить, что

В насосных системах водяного отопления соблюсти опти­ мальный график регулирования значительно затруднено. Как видно из графика, необходимо так называемое программное регулирование расхода (т. е. изменение расхода по опреде­ ленной наперед заданной кривой). Если бы закон изменения расхода в зависимости от наружной температуры выражался бы прямой линией, можно было бы осуществить регулировку с помощью относительно простого автомата. Поскольку пока таких автоматов промышленность не изготовляет, системы регулируют вручную, а чаще всего производительность на­ соса не регулируют вовсе, оставляя расход постоянным, и регулируют лишь температуру горячей воды.

Рассмотрим, что происходит в насосных системах при отсутствии регулировки расхода воды. При постоянном сохра­ нении расчетного расхода он будет все время больше опти­ мального (т. е необходимого по графику). Так как абсолютная величина гравитационного давления для приборов верхних этажей больше, чем для нижних, то при пропорциональном уменьшении гравитационного давления абсолютное изменение гравитационного давления в верхних этажах будет больше чем в нижних. Количество воды, циркулирующее через при­ боры верхних этажей, при этом будет уменьшаться больше, чем в нижних, что вызовет относительное уменьшение тепло­ отдачи приборов верхних этажей.

176

Если расход воды будет меньше оптимального, наступит обратное явление, и приборы нижних этажей начнут прогре­ ваться хуже, чем верхних. На практике чаще всего наблю­ дается последнее явление. Это объясняется или неправильным подбором диаметров труб, несущих максимальный расход воды, или тем, что первоначальная монтажная регулировка системы производится не при наинизшей расчетной темпера­ туре наружного воздуха, а при сравнительно высоких наруж­ ных температурах, имеющих место в начале отопительного периода.

Указанное явление несколько смягчается способностью системы к саморегулированию. При увеличении расхода воды вследствие возрастания гравитационного давления темпера­ тура выходящей из прибора воды повышается. Вследствие этого разность т0— fr уменьшается, что ведет к некоторому снижению гравитационного давления в кольце данного при­ бора. При уменьшении расхода возникает обратное явление.

Для уменьшения разрегулировки, обусловливаемой непро­ порциональным изменением гравитационного давления Р т, а также давления, создаваемого насосом Ри , следует, по воз­ можности, увеличить величину Р„ по сравнению с величиной Рг . Для этого повышают расчетный расход воды или увели­ чивают потери давления во всех кольцах путем введения в них искусственных сопротивлений.

Однако последняя мера приносит пользу лишь при расхо­ дах воды, превышающих оптимальные. При понижении же расходов воды потеря давления в дополнительных сопротив­ лениях уменьшается пропорционально квадрату расхода, гравитационное же давление возрастает, что и ведет к раз­ регулированию системы.

Однотрубные проточные системы

В однотрубных системах температура tcp отдельных нагре­ вательных приборов различна, поэтому работу системы харак­ теризуют лишь температуры горячей воды tT и охлажденной tw Условием теплоустойчивости любой системы отопления,

втом числе и однотрубной, является соблюдение равенств (70) или (71). Очевидно, что общее количество тепла, отда­ ваемое стояком, будет изменяться прямо пропорционально изменению разности температуры горячей воды, поступающей

встояк tTlC, и температуры охлажденной воды, уходящей из

стояка t0.c - При этом можно принять, что теплоотдача каж­ дого из нагревательных приборов, входящих в данный стояк, также будет меняться пропорционально уменьшению общего количества тепла, отдаваемого стояком (с включенными в него нагревательными приборами).

Иными словами, для однотрубных проточных систем равенство (70) получает следующий вид:

С^0. С

Если приближенно принять, что теплоотдача любого нагре­ вательного прибора, включенного в стояк, будет изменяться не пропорционально (*ср — /„), а пропорционально (tr — iB) или (7В— 10), то, повторяя вывод уравнения (71), можно написать:

Как видно из этого уравнения, для получения оптималь­ ного режима однотрубной проточной системы необходимо, кроме регулирования температуры, регулировать и расход воды, т. е. регулировка должна быть количественно-каче­ ственной.

Если бы коэффициент теплоотдачи нагревательных прибо­ ров был постоянным, то К — const. Для этого случая и = 0.

Тогда

2 = а° = 1,

и, следовательно, возможно было бы производить только качественное регулирование.

178

Уравнение (90) служит для построения оптимального графика величины относительного расхода воды. Для полу­ чения уравнений, позволяющих построить график температур соответствующей оптимальной кривой расхода, подставим в уравнения (88) и (89) вместо величины а величину 2.

Тогда получим:

построить график оптимального регулирования однотрубной проточной системы отопления (см. рис. 67 на стр. 175).

Вчастности, формула (90) при подстановке в нее значения

и= 0,33 примет вид:

трубной проточной системы.

Как это было показано ранее, условие гидравлической устойчивости обеспечивается при соблюдении равенства (82):

Q0.G

=а .

и в однотрубных системах с естественной циркуляцией уста­

приборов, включенных в стояк, и, следовательно, к сильному уменьшению теплоотдачи нижних нагревательных приборов. Таким образом, будет происходить вертикальная разрегули­ ровка системы. Чтобы повысить теплоотдачу нижних нагре­ вательных приборов, придется повысить температуру горячей

боров и перегреву помещений, ими отапливаемых. Рассмотрим теперь однотрубную систему с замыкающими

участками.

При общем изменении расхода воды будет изменяться какколичество воды, приходящей через прибор, так и проходя­ щей через замыкающий участок. Как известно, между гидрав ■ лическим сопротивлением полукольца прибора 5Прив и

сопротивлением замыкающего участка S3aMимеется следую­ щее соотношение:

5зам + Р и :=г= 5 приб .

где Ра — гравитационное давление, создающееся в кольце нагревательного прибора.

При уменьшении количества воды как протекающей но замыкающему участку, так и затекающей в нагревательный прибор величина 5 прИб будет уменьшаться. При этом вслед­ ствие большого охлаждения воды начнет возрастать вели­ чина Р„. Сопротивление замыкающего участка тем самым

таких противоположных по действию факторов изменение расхода воды в стояке почти не отражается на коэффициен­ тах затекания приборов. Таким образом, расход воды через нагревательные приборы меняется пропорционально измене­ нию расхода воды в стояке. Поэтому все уравнения, выве­ денные для проточной системы, и оптимальный график ее регулирования применимы и для системы с замыкающими участками.

В заключение следует отметить, что при наличии замы­ кающих участков в приборы затекает меньше воды, чем при проточной системе. Поэтому перегрев верхних нагреватель­ ных приборов будет при этой системе несколько меньшим, чем при проточной.

Как известно, помимо вертикальных однотрубных систем, применяются также и горизонтальные однотрубные системы. Если в последних приборы присоединены по схеме «сверху вниз», то коэффициент теплоотдачи нагревательного прибора для горизонтальной однотрубной системы будет такой же, что и для вертикальной, а при присоединении «снизу вниз», он несколько изменится. В остальном особенности работы обеих однотрубных систем одни и те же. Следовательно, для горизонтальных однотрубных систем можно пользоваться графиком оптимального регулирования, построенным для

Горизонтальная разрегулировка систем водяного отопления

В изложенных выше соображениях о разрегулировке систем водяного отопления не учитывалось охлаждение воды в магистралях и стояках. Между тем этот фактор

180