книги / Отопление и вентиляция. Ч1 Отопление

теплопроводы системы до каждой такой точки распространяется зона нагнетания насоса, на теплопроводы после них — зона всасывания.

Таким образом, при присоединении расширительного бака к верхней подающей магистрали в удалении от главного стояка в системе возника­ ют несколько точек постоянного давления. В пределе число таких точек равняется числу параллельных циркуляционных колец системы (в на­ шем примере — четыре точки постоянного давления в четырех циркуля­ ционных кольцах через стояки / —IV).

Рис. IV. 17. Изменение гидроста­ тического давления в верхней по­ дающей магистрали двухветвевой системы отопления

/• —расширительный бак; 2 — главный подающий стояк, 3 — центр нагревания; 4 — циркуляционный насос; 5 — возду­ хосборник с вантузом; <>—«задвижка

В системе отопления, изображенной на рис. IV. 17, отметим еще точку Л в которой установлен воздухосборник 5 с вантузом. Точка Г находит­ ся в зоне всасывания насоса, и гидростатическое давление в ней понижа­ ется в соответствии с формулой (IV.23) на величину Д/?а _ г.

Вантуз для надежного действия должен находиться под некоторым внутренним избыточным давлением. Допустим, что это давление при конструировании вантуза принято равным 3*103 Па (напор 0,3 м вод. ст.). Тогда для обеспечения такого давления в нашем случае потеря дав­ ления от точки 0 4 до точки Г или, что то же, понижение гидростатичес­ кого давления в точке Г может быть не более

APQ^_P = 10* (h — 0,3) Па,

где h — вертикальное расстояние от верхней точки вантуза до уровня воды в расширительном баке, м.

Покажем, что это условие, выполненное при проектировании, все же может быть нарушено в процессе эксплуатации системы отопления. Дей­ ствительно, ,при прекращении циркуляции воды в левой ветви (закрыта задвижка 6 на рис. IV. 17) точкой постоянного давления становится точ­ ка А, как точка, в которой система соединяется с трубой расширительно­ го бака (попутно заметим, что все четыре точки постоянного давления сольются при этом в одну, общую для циркуляционных колец, оставших­ ся в действии), а давление в точке Г понижается [см. формулу (IV.23)] до величины

— Ара- г*

Это давление не только может оказаться недостаточным для дейст­ вия вантуза, но может быть даже ниже атмосферного, что нарушит нор­ мальную циркуляцию воды.

Для того чтобы исключить возможность нарушения циркуляции воды, практически широко используется третий способ присоединения труб расширительного бака к системе отопления (см. рис. 1УЛ5,н). Точка по­

182 Г л а в а IV. Водяное отопление

стоянного давления при этом возникает в обратной магистрали вблизи насоса как одна, общая для всех циркуляционных колец системы. Зона нагнетания насоса распространяется почти на все теплопроводы систе­ мы, в том числе и на наиболее высоко расположенные и удаленные от насоса, как опасные в отношении вскипания воды. Зона всасывания ог­ раничивается отрезком общей обратной магистрали от точки О до вса­ сывающего патрубка насоса, в котором гидростатическое давление в по­ кое достаточно велико и существенно не уменьшается при действии на­ соса.

Расширительный бак, как известно, соединяется с системой отопле­ ния двумя трубами — расширительной и циркуляционной (см. рис. III.26), создающими контур циркуляции воды через бак. В нем име­ ется еще одна верхняя точка постоянного давления, находящаяся не­ посредственно в расширительном баке. Первая же — нижняя точка по­ стоянного давления размещается между точками присоединения расши­ рительной и циркуляционной труб к обратной магистрали. Положение нижней точки постоянного давления определяется соотношением потери давления в расширительной и циркуляционной трубах. Если их диаметр и длина равны, то точка постоянного давления находится посередине между точками присоединения труб бака. Если диаметр одной из труб больше, то точка постоянного давления смещается в сторону точки присоединения этой трубы.

Точка присоединения расширительной трубы входит в зону нагнета­ ния насоса, и в ней происходит деление общего потока воды на два, один из которых (основной) по-прежнему протекает по обратной магистрали, а другой — по параллельному пути через бак до точки присоединения циркуляционной трубы, относящейся уже к зоне всасывания.

Если применяется несколько соединительных труб, например три, то верхняя точка постоянного давления по-прежнему находится в расшири­ тельном баке, а нижняя — между точками присоединения к магистрали системы отопления двух крайних соединительных труб. По одной из них вода из зоны нагнетания направляется в бак, по другой — возвращается из бака в зону всасывания. По средней соединительной трубе вода мо­ жет двигаться и в бак и из бака в зависимости от положения нижней точки постоянного давления.

Из рассмотрения динамики давления в местной системе отопления с открытым расширительным баком следуют общие выводы: во всяком замкнутом контуре движения воды может быть только одна точка посто­ янного давления, в которой зона нагнетания сменяется зоной всасыва­ ния. Двух последовательных точек постоянного давления в одном цир­ куляционном контуре существовать не может, ибо для движения воды в заданном направлении в системе отопления создается и поддерживается разность давления во всех точках. При этом следует оговориться, что по­ скольку в самом насосе разрежение переходит в компрессию и в нем существует своя «нейтральная» точка, то при рассмотрении точек по­ стоянного давления имеются в виду лишь точки, возникающие за преде­ лами насоса.

В зоне нагнетания циркуляционного контура, т. е. до точки постоян­ ного давления, гидростатическое-давление увеличивается по сравнению с давлением в состоянии покоя; в зоне всасывания, т. е. после точки по­ стоянного давления (по направлению движения воды), оно уменьшается.

Точка постоянного давления может быть единственной во всей си­ стеме отопления, если расширительный бак присоединяется к общей по­

дающей или обратной магистрали. Тогда она принадлежит любому цир­ куляционному кольцу системы.

В системе отопления может быть несколько точек постоянного давле­ ния, если имеются циркуляционные кольца, не включающие в себя точку присоединения расширительного бака. При этом одна из них во всяком случае находится в точке присоединения бака.

2. ДИНАМИКА ДАВЛЕН И Я В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ

ГРУППЫ ЗДА Н И И С РАСШИРИТЕЛЬНЫМ БАКОМ

В системе водяного отопления группы зданий при теплоснабжении от собственной тепловой станции расширительный бак устанавливают в са­ мом высоком здании (с учетом рельефа местности). Соединительные трубы бака подключают к наружному обратному теплопроводу, а не к местной магистрали здания, во избежание отключения бака от осталь­ ной части системы при ремонте местных теплопроводов.

Исследуем динамику давления, например, в общей системе отопления четырех зданий, самое высокое из которых удалено от тепловой станции (рис. IV. 18).

Гидростатическое давление в этой системе при бездействии циркуля­ ционного насоса, находящегося на тепловой станции (штрихпунктирная

Рис. IV. 18. Изменение гидростатического дав­ лений в наружных теп­ лопроводах системы отоплений группы зда­

ний

линия), определяется положением уровня воды в расширительном баке (точка О), установленном в наиболее высоком здании IV, над рассмат­ риваемой точкой какой-либо части системы. Наибольшим оно будет в наружных теплопроводах и во внутренних теплопроводах в подвалах.

При действии насоса гидростатическое давление, как уже известно, изменяется во всех точках системы, кроме точки постоянного давления в месте присоединения труб расширительного бака; в нашем случае кро­ ме точки О в обратном теплопроводе у здания IV. В зоне нагнетания от нагнетательного патрубка насоса (точка Л) до точки О оно увеличива­ ется, в зоне всасывания от точки О до всасывающего патрубка насоса (точка И) уменьшается в зависимости от потери давления в теплопрово­ дах. Изменение давления показано на рис. IV. 18 сплошными наклонны­ ми пьезометрическими линиями.

Разность между гидростатическим давлением в подающем и обрат­ ном наружных теплопроводах на вводе их в каждое здание определяет насосное циркуляционное давление, как располагаемое Давление для

циркуляционное давление выражается сплошными вертикальными лини­ ями. Как видно, для местной системы отопления здания IV насосное цир­ куляционное давление наименьшее — Apiv, для здания / — наибольшее.

В местной системе отопления здания I гидростатическое давление должно изменяться от давления в точке Б (на вводе подающего тепло­ провода в здание) до давления в точке 3 (в обратном теплопроводе). Давление в точке 3 в нашем примере оказывается ниже минимального гидростатического давления, необходимого для заполнения водой мест­ ной системы отопления здания / (давление в точке 2). Во'избежание скопления воздуха и нарушения циркуляции воды необходимо повысить гидростатическое давление в обратной магистрали местной системы до давления в точке 2. Для этого можно поднять расширительный бак (что конструктивно затруднительно), уменьшить наклон обратной пьезомет­

Гидростатическое давление в точке Б не должно превышать предель­ но допустимого (рабочего) давления для всех элементов (арматуры, отопительных приборов) местной системы отопления. В случае необхо­ димости гидростатическое давление в подающем теплопроводе может быть искусственно снижено до некоторого значения в точке 1, при кото.- ром обеспечиваются целость этих элементов и вместе с тем циркуляция воды в местных теплопроводах. Давление понижается при помощи, на­ пример, регулятора давления «после себя» или диафрагмы, причем рас­ четная разность давления составляет А РД=РБ—рь

В результате понижения давления в местной подающей магистрали до р\ и повышения давления в местной обратной магистрали до р2 насос­ ное циркуляционное давление для местной системы отопления здания / составит Ар j ==pi—рг-

Циркуляционным насосом на тепловой станции создается давление, как видно из рис. IV. 18, равное сумме потери давления в зонах нагнета­ ния Арнаг и всасывания АрВс-

При значительной величине А рвс понижение гидростатического дав­ ления во всасывающем патрубке насоса может сопровождаться кавита­ цией.

Кавитация (лат. cavitas — пустота) — нарушение сплошности пото­ ка — возникает в результате появления пузырей воздуха (переходящего из растворенного состояния в свободное) и пара (вследствие вскипания воды при понижении давления до* давления водяного пара при опреде­ ленной температуре). Кавитационные пузыри, возникая и исчезая, вызы­ вают многократные удары струй воды о стенки насоса. Кавитация со­ провождается снижением к. п.д. насоса, шумом и разрушением (изъяз­ влением) поверхности колеса и корпуса насоса.

Кавитация скорее всего может возникать в циркуляционном насосе протяженной системы отопления группы малоэтажных зданий (напри­ мер, в сельскохозяйственном строительстве).

Для устранения кавитации величина ДрВс (выраженная в м вод. ст.) ограничивается: практически она должна быть меньше гидростатическо­

ней мере на 5 м вод. ст. Так, например, если разность уровней установки расширительного бака и насоса составляет 7 м (бак размещается в двухэтажном здании), то потеря давления в теплопроводах зоны всасы­ вания (от точки О до точки И на рис. IV. 18) не должна превышать 2 м вод. ст. Очевидно, что при малоэтажной застройке расширительный бак следует помещать поблизости от тепловой станции.

В системе отопления группы Многоэтажных зданий скорее возможна не кавитация в насосе, а чрезмерное повышение гидростатического дав-

Рис. IV 19. Изменение гидростатического дав­ ления в теплопроводах системы отопления при переносе расширительно­ го бака в новое здание/

ления. Повышение давления, опасное для целости отдельных элементов системы отопления, может произойти при перемещении расширительно­ го бака из одного здания в другое.

Перемещение расширительного бака изодного здания, ближайшего к тепловой станции, в другое, несколько более высокое и удаленное от нее, не вызывает заметного изменения гидростатического давления как при бездействии, так и при работе циркуляционного насоса. Однако перемещение бака в здание более высокое и близко расположен­ ное к тепловой станции может вызвать значительное повышение давле­ ния в отдельных частях системы отопления. Это произойдет вследствие увеличения не только высоты здания, но и протяженности зоны нагнета­ ния (если бак, как обычно, будет присоединен к обратному теплопро­ воду) .

На рис. IV. 19 показано изменение давления в оборудовании тепловой станции, в наружных и местных теплопроводах системы отопления четы­ рех зданий при первоначальном положении расширительного бака (в точке 1) в здании IV (сплошные пьезометрические линии) и после его перемещения (в точку 2) в новое здание I (пунктирные линии). Можно установить, что давление в элементах тепловой станции возрастет при этом на значительно большую величину А р, чем можно было бы ожи­ дать при увеличении высоты здания^ на h м. Давление в точке А2 может превысить рабочее давление, установленное как предельно допустимое для оборудования и арматуры станции. Из рисунка также видно увели­ чение давления во всех теплопроводах, причем и здесь повышение дав­ ления может оказаться недопустимым для элементов местных систем отопления зданий и прежде всего здания, наиболее удаленного от станпии (здание IV).

Для снижения* давления в оборудовании тепловой станции в этом случае можно перенести место включения циркуляционного насоса из обратного в общий подающий теплопровод (давление понизится до вели­ чины в точке Бя); » местной системе отопления здания IV может быть

А до точки Д, т. е. общее сопротивление систе­ мы отопления;

Ape=g/i(p0—рг) — по уравнению (IV. 18). Переписав выражение (IV.27) в виде

Рх— Р2 = ДРе — ДРе

приходим, к уравнению (IV.4), которое в данном случае означает, что разность гидростатического давления в подающем и обратном наружных теплопроводах на вводе их в здание, вызывающая необходимую цирку­ ляцию воды в местной системе отопления, меньше сопротивления систе­ мы на величину естественного циркуляционного давления. Выражения (IV.27) и (IV.27a) графически показаны на рис. IV.20 слева.

Применение смесительного насоса или водоструйного элеватора на тепловом вводе*в здание не изменяет рассмотренной динамики давления

втеплопроводах местной системы водяного отопления.

4.ДИНАМИКА ДА ВЛЕН И Я В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ

СДВУМЯ РАСШИРИТЕЛЬНЫМИ БАКАМИ

Использование в системе отопления двух открытых расширительных баков может быть допущено с соблюдением определенных условий. Для выявления этих условий рассмотрим возможные случаи присоединения двух баков к трубопроводам системы отопления.

Рис. IV.2I. Изменение гидростатического давления в системе отопления при последо­ вательном присоединении двух расширительных баков

1.Два расширительных бака присоединены к одной точке теплопро­ водов системы отопления. Эта точка является точкой постоянного давле­ ния, вода в обоих баках находится на одном уровне. Все ранее сделан­ ные выводы в этом случае остаются в силе.

2.Два расширительных бака присоединены к двум точкам А и Б теп­ лопровода последовательно по движению воды (рис. IV.21). На рисунке нанесены пьезометрические линии в статическом (штрихпунктирные) и динамическом (сплошные линии) режимах.

Вэтом случае до пуска циркуляционного насоса в действие вода в ба­ ках по закону сообщающихся сосудов находится на одном уровне. Помня

о постоянстве объема воды в системе и о существовании только одной точки постоянного давления в замкнутом циркуляционном кольце, при­ ходим к заключению, что при работе насоса «нейтральная» точка О рас­ полагается между точками А и Б. Тогда в точке А, попавшей в зону на­ гнетания насоса, гидростатическое давление увеличивается, а в точке Б — в зоне всасывания — уменьшается. Соответственно уровень воды в баке / повышается, а в баке II понижается (баки уподобляются водяным манометрам). Разность уровней воды в баках по установленной выше зависимости пропорциональна потере давления в теплопроводе между точками А и Б [см. формулы (IV.22) и (IV.23)].

Если площади поперечных сечений баков Fj и Ец равны и трубы к ба­ кам и между точками А и Б одинакового диаметра, то величина поднятия уровня воды в первом баке hi равна величине его понижения h2 во вто­ ром, а точка постоянного давления О находится посередине участка Л—Б.

При разных площадях поперечного сечения баков меньше изменится уровень воды в баке, имеющем большую площадь поперечного сечения. Эта зависимость, например, для расширительного бака / может быть вы­ ражена уравнением

АРд—в

(IV. 28)

Рё Л + ^ I I *

где ДрА_Б — потеря давления в теплопроводе от точки А до точки Б.

Аналогичный вид будет иметь уравнение для определения величины h2. Положение точки постоянного давления О, как и изменение уровня воды в баках, при прочих равных условиях зависит от соотношения пло­ щадей поперечного сечения расширительных баков. При увеличении раз­ меров одного из баков (например, бака II) точка О перемещается по на­ правлению к точке его присоединения (к точке Б). Если бак II сделать столь большим, что можно пренебречь изменением уровня воды в нем, то точка О сольется с точкой Б, а поднятие уровня в баке / малых раз­

меров достигнет максимальной величины:

ДРд—Б

Практически это случай, когда в расширительный бак, присоединен­ ный к общей обратной магистрали, выводится воздушная труба от верх­ ней точки подающей магистрали системы отопления (рис. IV.22). Такая воздушная труба 2 фактически является вторым расширительным баком весьма незначительного поперечного сечения, присоединенным в точке А зоны нагнетания. При действии насоса в воздушной трубе произойдет поднятие уровня воды, пропорциональное величине потери давления от точки А до точки постоянного давления О, почти совпадающей с точкой присоединения расширительного бака. При этом потеря давления может оказаться столь большой, что в воздушной трубе вода будет не только подниматься, но и выливаться в бак, а затем по соединительным трубам 1 возвращаться в систему. Такое добавочное циркуляционное кольцо мо­ жет нарушить нормальное действие системы. Следовательно, этот спо­ соб удаления воздуха из системы допустим лишь при предварительном рассмотрении изменения давления.

3. Два расширительных бака присоединены к двум точкам А в Б в с стеме отопления параллельно. Следовательно, точки А в Б находятся в различных циркуляционных кольцах системы. В каждом параллельнохМ

циркуляционном кольце, как уже установлено, существует своя точка по­ стоянного давления (точки 0\ и 0 2 на рис. IV.23). Из условия постоян­ ства объема воды в системе следует, что если после пуска насосауровень воды в одном расширительном баке (например, в баке I) поднимется, то в другом (баке II) он опустится. Баки, как водяные манометры, присо­ единенные в точках А я Б, показывают создаваемое насосом дополни­ тельное давление в точке А и разрежение в точке Б. В нашем примере это означает, что точка А находится перед точкой постоянного давления

0 1 своего циркуляционного кольца, т. е. в зоне нагнетания, а точка Б — после точки постоянного давления О2, т. е. в зоне всасывания.

На рис. IV.23 нанесены пьезометрические линии, выражающие изме­ нение давления в зонах нагнетания и всасывания и уровня воды в рас­ ширительных баках.

Изменение уровня воды в баках / и II по-прежнему будет пропор­ ционально потере давления в теплопроводах от точек их присоединения Л и Б до соответствующих точек Оi и 0 2. Положение последних и изме­ нение уровня воды связано также с соотношением площадей поперечных сечений баков Fi и Гц. Отсюда можно выразить высоту подъема воды hi в баке /, ближнем к общей точке В системы отопления:

Аналогичный вид будет иметь и формула для определения величины опускания воды h2в баке II.

Если площадь одного из баков (например, бака II) весьма велика по сравнению с площадью другого, то точка постоянного давления 0 2 пере­ местится к точке Б, а положение «нейтральной» точки О] будет зависеть от разности потери давления на отрезках теплопроводов В—Б и В—А. Когда эта разность положительна, уровень воды в баке I повысится, а точка 0\ расположится после точки А (по направлению движения «во­