книги / Отопление и вентиляция. Отопление-1
.pdfприборе. Приняв уровень горизонтального обратного трубопрово да за исходный, определим разность гидростатического давления двух столбов воды равной высоты
р = |
{hy0-\-hlyT) —(А + AJ Yn |
|
(ÏM) |
где первая величина в |
скобках — давление столба воды |
справа; |
|
вторая —давление воды слева; уг — объемная масса |
(нагретой) |
||
воды; у0 — объемная масса (охлажденной) воды. |
(II. 1) полу |
||
После алгебраических преобразований выражение |
|||
чит вид |
|
|
|
|
p — h(y0— уя). |
|
(II.2) |
Так как Yo>Yn то и hy0>hyг. Следовательно,, давление |
столба |
||
воды охлажденной больше давления воды горячей. |
|
|
|
По формуле (II.2) определяют давление, которое является при чиной движения воды в циркуляционном кольце.
Рассмотрим простейшую схему водяного отопления с естествен ной циркуляцией.
На рис. II. 1, б цифрами обозначены: 1 — генератор тепла (в данном случае котел); 2 — расширительный сосуд; 3 — нагреватель ный прибор; 4 — трубопроводы. Таким образом, основными частя ми системы отопления являются генератор тепла, нагревательные приборы и трубопроводы, расширительный сосуд.
Система отопления работает следующим образом. После напол нения системы водой из водопровода и удаления из нее воздуха (в данном случае через расширительный сосуд) приступают к нагре ванию воды в котле.
Процесс циркуляции воды в системе происходит аналогично рассмотренному выше.
Пренебрегая потерей тепла в трубопроводе и принимая уровень
горизонтального обратного трубопровода за |
исходный, определим |
|||||
в пройзвольно выбранном сечении нижней |
трубы |
I—I разность |
||||
давлений от столбов воды с правой и левой стороны: |
|
|
|
|||
P = p75Ïr+ ^4 Уг ^ Y?—h(^зЧ- ^2 + ^l) YoJ — |
|
|
||||
— |
>^lVo+ ^2 |
“Ь(Л3 + /74~f /75)Yrj » |
|
|
(H-3) |
|
где первая сумма в квадратных скобках — давление |
столба |
|
воды |
|||
справа; вторая |
сумма — вычитаемая — давление |
воды |
слева; |
|||
(Yr+Yo)/2 — средняя объемная масса воды в нагревательном |
при |
|||||
боре, кг/м3, соответствующая температурам |
воды |
входящей |
tr и |
|||
выходящей t0; (Yo+Yr)/2— средняя объемная масса воды в |
котле, |
|||||
соответствующая температурам |
воды, входящей t0 и выходящей |
|||||
/г из котла. |
|
|
|
|
|
|
Так как в данной схеме все количество тепла, вырабатываемое в котле, поступает в нагревательный прибор для нагревания поме щения, то при отсутствии потерь тепла трубопроводами объемную
массу горячей воды уг в котле и нагревательном приборе можно принять одинаковой, так же как и объемную массу охлажденной воды у0, входящей в котел и выходящей из нагревательного при бора.
Выражение (П.З) после алгебраического преобразования при мет вид
/?==("2' + /!3 + ^ ) (Yo_Yr)-
Но поскольку
P = h { Yo —Yr). |
(H.4) |
т. e. действующее в циркуляционном кольце давление в кг/м2 равно произведению вертикального расстояния между серединами высот
Гл.ст. |
котла и нагревателъно- |
|||
го прибора на разность |
||||
|
объемных масс охлаж |
|||
|
денной и горячей воды, |
|||
|
циркулирующей |
в |
си |
|
|
стеме |
[аналогично |
||
|
(П.2)]. |
|
|
на |
|
Рассмотрим, |
|
||
Рис. II.2. К определению располагаемого дав |
сколько |
правомерно |
||
ления в системах водяного отопления с естест |
принимать |
величину- h |
||
венной циркуляцией |
за расстояние |
между |
||
|
серединами |
высот |
кот |
|
ла и нагревательного прибора.
Выделим плоскостями А и Б .участки главного стояка и нагре*
вательного прибора (рис. II.2). Легко видно, что |
разность давле |
ний в пределах высоты h будет равна |
|
ДР = /г(уср.„р- у г), |
(II-5) |
где уср.пр -1- средняя объемная масса воды в приборе, определяемая по выражению:
Ycp.np = (Yr-Ho)/2- |
|
Отсюда можно определить Др и по выражению |
|
д/?=/г/2 (у0 — уГ) |
|
или |
|
h (Ycp.up ~ Yr)= Л/2 (Yo - Yr)- |
(H-6) |
Уравнение (II.6) должно быть справедливым, так как зависи мость объемной массы воды от температуры практически линейная.
Пример. Определить Ар, если дано: h = 0,5 м; уг=95°С; уо= =70° С; уэ5° с=961,92 кг/м3; у7о°с=977,81° С; ^ср.пр=82,5° С; ув2,5° с =
=970,24 кг/м3 (см. приложение).
Ре ш е н и е . Применим формулу (II.6)
h (У82,Б° С — У95° с) = А/2 (У70° С — Y950 с)-
После подстановки получим:
0,5 (970,24 - 961,92)=0,25 (977,81 - 961,92);
4,16=; 3,973 кг/м2.
Расхождение составляёт 4,5%, т. е. относительно невелико; следовательно, при определении давлений расчетная высота от се редины нагревательного прибора правомерна.
На основании принципиальной схемы применяют системы водя ного отопления с естественной циркуляцией, описанные ниже.
Рис. II.3. Водяная двухтрубная си- |
Рис. 11.4. Принципиальная çxe- |
стема отопления с верхней раз- |
ма водяного отопления с верх- |
водкой и естественной циркуля- |
ней разводкой (к определе |
нней |
нию Ар)I. |
I.Водяная система отопления двухтрубная с верхней разводкой
иестественной циркуляцией. Как видно из рис. П.З, эта система сложнее по сравнению с принципиальной схемой. В отличие от дви жения воды, поступающей из генератора тепла в один нагреватель ный прибор или по одному циркуляционному кольцу, здесь вода поступает в три нагревательных прибора, расположенных в схеме параллельно друг другу или в три циркуляционных кольца черев каждый нагревательный прибор.
Кольцом водяной системы отопления называется замкнутый
контур, состоящий из последовательно расположенных участков системы и проходящий через один из нагревательных приборов.
Систему называют двухтрубной потому, что она имеет две са мостоятельные трубы для питания нагревательных приборов го рячей водой и для отвода охлажденной воды.
В системе с верхней разведкой подающую (горячую) маги страль располагают выше нагревательных приборов системы (обычно под потолком верхнего этажа или на чердаке).
На основании изложенного выше расчетное давление в кг/м2 для циркуляционного кольца через нагревательный прибор первого этажа составит
Р\ = К (Уо— Уг)-
Для циркуляционного кольца через нагревательный прибор второго этажа соответственно
-Pl= tl2(у0—уг),
адля циркуляционного кольца через нагревательный прибор третьего этажа
А = А3 (Yo“ Yr)>
где Ai, А2, A3 — расстояния между серединами высот котла и нагре вательных приборов соответственно 1, 2 и 3-го этажей; у0, уг— объемные массы обратной (охлажденной) и горячей воды.
При рассмотрении принципиальной схемы водяного отопления было сказано, что трубопроводы изолированы так, что вода не ох лаждается. Фактически трубопроводы теряют тепло, вследствие чего температура воды в них понижается по мере удаления ее от генератора тепла.
Рассмотрим явление охлаждения подающих трубопроводов в системе отопления с верхней разведкой.
Обозначим среднюю температуру воды в подающих участках
системы через /ь t2, /3, U, U>U, t7 и / 8 |
(рис. П.4). |
Очевидно, что t\> U > t7, так же |
как t\> t2> ti Соответственно |
этому t\>ts, так как tz>t7. Тогда объемные массы воды на тех же участках системы соответственно будут отличаться так: У1<уз<У7;
Yl<Y4<Y8-
На рис. Н.4 показаны столбы воды соответствующей темпера туры. Очевидно, в циркуляционных кольцах возникнут дополни тельные давления. Так, дополнительное давление в циркуляцион ном кольце стояка 1 будет равно
Р \ = (A1Y3 + A2Y4) ““ ЬУг »
а в. циркуляционном кольце через стояк 2
ft = (AiY7 + A2Y8)--AYi.
Отсюда становится ясным, что р2>р\. Дополнительное давле ние зависит от протяженности системы и от числа этажей здания.
Полное давление в системе отопления с верхней разводкой, ко торое обеспечивает движение воды в циркуляционных кольцах
системы, определяют по формуле
У,)+ДР. (И-7)
где Ар— дополнительное давление от охлаждения воды в трубо проводах системы отопления с верхней разводкой.
Величину Ар принимают в зависимости от горизонтального рас стояния от главного стояка до стояка, через нагревательный прибор которого проходит расчетное кольцо, и числа этажей в здании.
Дополнительное давление от охлаждения воды в трубопрово дах составляет значительную величину по сравнению с давлением, определяемым по формуле (11,4), и поэтому пренебрегать им нельзя. Так, для двухтрубной системы водяного отопления распо лагаемое давление без учета дополнительного давления за счет охлаждения воды в трубопроводах составит
р=1, (уо_ уг)=3,0(977,81 —961,92) = 47,67 |
кг/м2, |
где h — вертикальное расстояние от центра котла |
до центра на |
гревательного прибора, равное 3,0 м; у0 — объемная |
масса обрат |
ной (охлажденной) воды, при температуре 70° С; |
уг— объемная |
масса горячей воды, кг/м3, при температуре 95° С. |
|
Дополнительное давление Ар в трубопроводах для двухтрубной системы с верхней разводкой и естественной циркуляцией воды для зданий в три или четыре этажа принимается по табл, прилож. il, выдержка из которой приведена ниже.
Расстояние, м |
До 10 |
10-20 |
2 0 -3 0 |
3 0 -5 0 |
5 0 -7 5 |
Ар , кг/м2 |
25 |
25 |
25 |
30 |
35 |
Отсюда видно, что дополнительное давление Ар от охлаждения воды в трубопроводах двухтрубной системы с верхней подводкой составляет ощутимую величину (более 50%) от основного распо лагаемого давления.
II. Водяная система отопления двухтрубная с нижней развод кой и естественной циркуляцией. В этой системе (рис. II.5) подаю щую и обратную магистрали прокладывают внизу (в подвале или подпольных каналах). Это обстоятельство является причиной того, что воздух из системы при наполнении ее водой и во время экс плуатации удаляется не через расширительный сосуд, как в систе ме с верхней разводкой, а через специально устраиваемые воздуш ные линии и воздухоотводчики.
Дополнительное давление от охлаждения воды в трубопрово дах здесь не учитывается. Для объяснения этого рассмотрим про стейшую схему двухтрубной системы отопления с нижней' развод кой и естественной циркуляцией (рис. II.6).
Для простоты на схеме показано лишь два нагревательных прибора (/ и //). Воздух удаляется здесь через' специально уста
новленные в верхних радиаторных пробках воздушные краны Маев ского.
Как же отразится на величине располагаемого давления эффект охлаждения воды в трубах? Обозначим высоту горячего подающе го стояка, питающего нагревательный прибор II, через Аг и высоту обратного охлажденного стояка этого прибора через h0.
Рис. II.5. Водяная двухтрубная |
Рис. II.6. Водяная двухтрубная систе- |
|
система отопления с нижней |
ма отопления с |
нижней разводкой |
разводкой и естественной цир- |
(к определению |
располагаемого дав- |
куляцией |
ления) |
|
В результате теплоотдачи температура воды в обоих стояках •понизится и соответственно увеличатся объемные массы воды по сравнению с теоретической величиной, принятой в формуле (II.4), т. е. объемные массы воды В обратном и горячем стояках вместо у0 и уг теоретически, как в формуле (II.4), будут иметь значения
у0фи у А
Отсюда видно, что в виду снижения температуры в горячем и обратном стояках уоф> у 0 и угф>угТогда располагаемое давление (в кг/м2) можно найти из выражения
P — h (Уо — Ут)+ Л0 (уÎ — у о) — АР<(у? — уг). |
(Н-7а) |
Выражение Аг(угф—уг) участвует в формуле с отрицательным знаком, так как увеличение веса столба воды, поднимающейся вверх, не способствует циркуляции, т. е. снижает определяемое ■формулой (П.4) располагаемое давление. Выражение же А0(Уо*— —у0) участвует в формуле с положительным знаком, поскольку увеличение веса столба водй, опускающейся вниз, способствует циркуляции, иначе говоря, повышает располагаемое давление.
Однако эти величины практически равны:
К (Уо — Уц)~ К (у£—Уг).
Тогда после сокращения выражение (II.7а) примет вид
Р = А(у0- у г).
Следовательно, в системах с нижней разводкой дополнитель ное давление от охлаждения воды в трубах учитывать не нужно.
При выборе систем отопления с естественной циркуляцией пред почтение отдают системам с верхней разводкой, поскольку они по зволяют учитывать дополнительное давление от охлаждения воды
в трубопроводах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
здания с |
|||
Исключением из правил могут служить, например, |
||||||||||||
плоской ' кровлей, когда по эсте |
|
|
|
|||||||||
тическим соображениям |
разводя |
|
|
|
||||||||
щие магистрали системы с верх |
|
|
|
|||||||||
ней |
разводкой |
недопустимо про |
|
|
|
|||||||
кладывать под потолком |
верх |
|
|
|
||||||||
него этажа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
III. |
Вертикальная однотрубная |
|
|
|||||||||
система водяного отопления с за |
|
|
|
|||||||||
мыкающими участками |
и естест |
|
|
|
||||||||
венной циркуляцией. Система на |
|
|
|
|||||||||
зывается |
однотрубной |
|
потому, |
|
|
|
||||||
что |
одна |
и та |
же |
труба — стояк |
|
|
|
|||||
служит для подвода и отвода во |
|
|
|
|||||||||
ды из нагревательного прибора. |
|
|
|
|
||||||||
При этом, как видно из схемы |
S) |
|
|
|||||||||
(рис. П.7;, в), часть теплоносите |
|
|
||||||||||
|
|
|
||||||||||
ля |
воды |
проходит, |
минуя |
нагре |
|
|
|
|||||
вательные приборы по замыкаю |
|
|
|
|||||||||
щим участкам. |
двухтрубных |
в |
|
|
|
|||||||
В отличие от |
|
|
|
|||||||||
однотрубных |
системах |
нагрева |
|
|
|
|||||||
тельные |
приборы |
и |
присоединены |
|
|
|
||||||
последовательно |
температура |
|
|
|
||||||||
входящей в них горячей воды |
не |
Рис. II.7. Водяная система отопления |
||||||||||
одинакова, так как вода, проходя |
вертикальная однотрубная с замыка |
|||||||||||
по цепочке приборов, |
постепенно |
ющими |
участками, с |
естественной |
||||||||
циркуляцией (к определению распо |
||||||||||||
охлаждается. |
|
Принципиально |
лагаемого давления) : |
|||||||||
нагревательные приборы каждого |
а — общая |
схема; б — малое циркуляци |
||||||||||
стояка |
однотрубной |
вертикаль |
|
онное кольцо |
|
|||||||
ной |
системы |
можно |
рассматри |
|
|
|
||||||
вать как один общий прибор с средневзвешенным центром нагрева. При таких условиях верхний и нижний приборы являются как бы верхом и низом одного общего прибора. Поэтому в однотрубной системе нижние приборы прогреваются даже в случае расположе ния их ниже котла, что невозможно в двухтрубных системах с ес тественной циркуляцией.
В двухтрубной системе отопления циркуляционные кольца про ходят через каждый нагревательный прибор, что является отличи тельной чертой гидравлической характеристики двухтрубных систем.
В однотрубной системе отопления с замыкающими участками циркуляционные кольца проходят через стояки, при этом одно
кольцо — через замыкающие участки, второе — через подводки к нагревательным приборам (и сами приборы).
Давление, которое обеспечивает движение воды в циркуляцион ных кольцах однотрубной системы с замыкающими участками, мо жет быть определено двояко:
1) через замыкающие участки pi
1 1 2 2 3 3 |
Лгуг]+ АР, |
(П.8 ) |
Pi = [(AY + AY + AY ) - |
|
где hiy\, A2Y2, Л3уз — давления столбов воды; hr= âi+ h2+h3; Ар — дополнительное давление воды в трубах, принимаемое для систем с верхней разводкой;
2 ) через нагревательные приборы рп
Z7!! — ( [Л 1Vl Ч" (^2 ~ • Л ) Y2 Н- (^3 — ^ ) Ï3 “Ь ^Ynp 1 + h Ynp 2 +
+ АУнр з]— ArYr) + Ар, |
(П.9) |
где h — высота нагревательного прибора по центрам |
подводок; |
Ynpi. Ynp2, Ynp3 — объемные массы воды соответственно |
в приборах |
1 , 2 и 3. 1-го, 2 -го и 3-го этажей. |
|
Так как Ynpi>Y2î Ynp2>Y3; Ym>3>Yr. нетрудно видеть, что рп>рь Определив разность давления рп—Рь после сокращений полу
чим |
|
P n -P i = h (YIip 1 — Ya)+ A (Y..P2 ~ Уз) + A(Y.,Pз — Yr). |
(Н-10) |
где Ynpi, Ynp2>Упрз выражены в общем виде зависимостью упр= = (YnoA+Yo6p)/2 , причем упод и уобр— объемные массы воды соот ветственно в подающей и обратной подводках нагревательного прибора.
Таким образом, в однотрубной системе отопления с замыкаю щими участками, помимо циркуляционных колец, через стояки дей ствуют так называемые Малые циркуляционные кольца, образо ванные подводками к нагревательным приборам и замыкающим участкам (рис. II.7, б). Таких малых циркуляционных колец в си стеме столько, сколько нагревательных приборов.
Выражение (11.1 0 ) представляет собой сумму давлений, возни кающих в малых циркуляционных кольцах. Диаметры трубопрово дов малого циркуляционного кольца необходимо принимать с учетом действующего в них располагаемого циркуляционного дав ления.
Располагаемое давление для преодоления гидравлических по терь в нагревательном приборе и подводках к нему рпод определя ют по уравнению
A,oA=/>3.y + AAY.
ИЛИ
( 11. 11)
где рз.у — гидравлические |
потери в замыкающем участке; узу— |
||
объемная масса воды в замыкающем участке; |
|||
AY |
Упод "Ь Уобр |
Уз.у |
|
2 |
|||
|
|
||
В свою очередь гидравлические потери в замыкающем участке должны быть равны:
|
, |
/ |
Упод + Уобр ’ |
\ |
Р з . у = = Рпоя |
^ |
у |
2 |
Y3.yJ • |
IV. Водяная система отопления вертикальная, однотрубная, про точная с естественной циркуляцией. В отличие от однотрубной си стемы с замыкающими участками здесь через стояк с односторон ним присоединением приборов проходит только одно циркуляцион ное кольцо и поэтому система называется проточной (рис. II.8 ).
Рис. II.8. Водяная однотрубная |
Рис. II.9. Водяная однотрубная |
|
система отопления |
вертикаль |
система отопления горизонтальная |
ная проточная с |
естественной |
с замыкающими участками и ес |
циркуляцией |
тественной циркуляцией |
|
Проточная однотрубная система выгодно отличается от двух трубной и однотрубной с замыкающими участками систем боль шей гидравлической устойчивостью.
Давление, которое обеспечивает движение воды в циркуляцион ном кольце, определяют по формуле
Р= [(AJYI + A2Y2+ А3у3) - AYr] + A/7» |
(H.12) |
где hj — расстояние от середины котла до середины нагревательно го прибора, м; h2, A3 — вертикальные расстояния между середина ми нагревательных приборов соответственно 1-го и 2 -го, 2 -го и 3-го этажей.
Особенностью однотрубной проточной системы отопления явля ется то, что на подводах к нагревательным приборам с односторон ним присоединением их к стоякам запорно-регулирующую армату-
ру не устанавливают, так как полное закрытие кранов (в случае их установки) на подводках к нагревательным приборам приведет к полному бездействию нагревательных приборов всего стояка. При двустороннем присоединении приборов к стояку установка кранов возможна только на подводке одного из двух приборов, если по следние установлены в одном помещении для местного регулирова ния части нагревательных приборов.
V. Водяная система отопления горизонтальная однотрубная с замыкающими участками и естественной циркуляцией. Устройство горизонтальной однотрубной системы (рис. II.9) с замыкающими участками отличается от вертикальной тем, что здесь к горизон тально проложенным трубам нагревательные приборы присоедине ны аналогично присоединению нагревательных приборов к систе мам вертикальных однотрубных систем с замыкающими участками.
Удаление воздуха из системы производится через воздушные краны, устанавливаемые в верхних радиаторных пробках нагрева тельных приборов.
Циркуляционные кольца в этой системе аналогично однотруб ной вертикальной системе проходят через замыкающие участки нагревательных приборов и подводки к нагревательным приборам.
Давления в циркуляционных кольцах системы определяют: через замыкающие участки нагревательных-приборов 1-го этажа
по формуле
Pi=ài [y0—yr)+ àpi
аналогично через замыкающие участки приборов 2-го этажа и т. д.
P2=h2{y0- y T)+ àp;
через подводки к нагревательным приборам (например, для 1-го- этажа)
A = M Y0- Yr)+ A (YCoP — YrP) -1- Др,
где hi, h2— высота от середины котла до горизонтальных разводя щих трубопроводов соответственно 1-го и 2-го этажей; h — высота от оси горизонтальной разводящей трубы до Оси радиаторной проб ки (места присоединения подводок к нагревательному прибору), м; Уо, Ут— объемные массы воды в обратном и подающем стояках си стемы, кг/м3; у0ср, угср— средние объемные Массы воды в подвод ках к приборам: обратной и подающей; Ар — дополнительное дав ление от охлаждения воды в трубах (принимаемое, как известно, в системах с верхней разводкой); в данном случае ввиду незначи тельности этим давлением можно пренебречь.
Расчет трубопроводов однотрубной горизонтальной системы предпочтительнее вести сначала через замыкающие участки нагре вательных приборов, а затем рассчитатьмалые циркуляционные кольца, т. е. произвести расчет подводок к нагревательным при борам.