Справочник строителя | Системы отопления

ЕСТЕСТВЕННАЯ И ПРИНУДИТЕЛЬНАЯ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОДЫ В СИСТЕМАХ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

В системах водяного отопления теплоноситель циркулирует под действием циркуляционного давления, которое может возникать в результате остывания воды в отопительных приборах и трубах (естественная циркуляция) и за счет работы циркуляционного насоса (принудительная циркуляция). Вода, остывающая в отопительных приборах, создает естественное циркуляционное давление р₀ в расчетном кольце системы за счет разности гидростатических давлений двух столбов воды высотой h (рис. 1). Определить это давление, Па, можно по формуле

где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²; h - высота столба воды, равная превышению центра охлаждения А в отопительном приборе (уровень I - I) над центром нагревания Б в котле (уровень II - II); р₀, р_г - плотности соответственно охлажденной и горячей воды, кг/м³.

Рисунок 1. Схема, поясняющая естественную циркуляцию теплоносителя в системе водяного отопления: 1 - котел; 2 - главный стояк; 3 - расширительный бак; 4 - магистраль горячей воды; 5 - отопительный стояк; 6 - отопительный прибор; 7- магистраль охлажденной воды; р_r ?_о - плотность соответственно горячей и охлажденной воды; А - центр охлаждения; Б - центр нагревания

С учетом остывания воды в подающих магистралях и отопительных стояках полное циркуляционное давление естественного побуждения

где ?р - циркуляционное давление в подающих магистралях и отопительных стояках, возникающее вследствие остывания воды.

При расчете циркуляции в двухтрубных системах отопления с верхней разводкой ?р приближенно оценивают по табл. 1.

В больших цехах, корпусах, многоэтажных и многоподъездных зданиях сети водяных систем отопления состоят из нескольких стояков. Тракты их присоединения к магистральным трубопроводам значительно отличаются по длине. Это существенно усложняет расчет циркуляции.

Таблица 1. Дополнительное циркуляционное давление в двухтрубных системах водяного отопления

В двухтрубных системах (рис. 2, а) расчетным циркуляционным кольцом (трактом) является замкнутый контур труб, проходящий через расчетный отопительный прибор первого этажа, расположенный на стояке, наиболее удаленном от главного, в однотрубных (рис. 2, б) - контур труб, проходящий через расчетный отопительный стояк, как правило, самый удаленный от главного.

Рисунок 2. Системы водяного отопления с естественным побуждением: а - двухтрубная; б - однотрубная; 1 - котел; 2 - главный стояк; 3 - расширительный бак; 4 - воздухосборник; 5 - кран двойной регулировки; 6 - отопительный прибор; 7 - трехходовой регулировочный кран; 8 - обратная магистраль

В двухтрубной системе отопления с естественным побуждением (см. рис. 2, а) циркуляционное давление в результате остывания воды в отопительном приборе, расположенном на третьем этаже,

а циркуляционное давление в кольце, проходящем через отопительный прибор на втором этаже,

Полное циркуляционное давление в каждом циркуляционном кольце с учетом остывания воды в разводящих магистралях и отопительных стояках

В однотрубных системах отопления (см. рис. 2, б) ?р принимают в размере 50 % соответствующих значений двухтрубных систем с естественным побуждением, в двухтрубных и горизонтальных однотрубных с принудительным побуждением - 40%, а г, однотрубных с П-образными отопительными стояками - 70 %.

В двухтрубных системах отопления с естественным побуждением и нижней разводкой добавочное циркуляционное давление в результате остывания воды в трубах ?р не учитывают.

В однотрубных системах отопления с естественным побуждением (см. рис. 2, б) циркуляционное давление в замкнутом контуре, проходящем через расчетный стояк, определяют по формуле

где h₁, h₂, ..., h_n - высоты соответствующих участков отопительного стояка; р_о1 р_о2, ..., р_оn - плотности остывшей воды соответственно на 1, 2, ..., n-м участках отопительного стояка; р_г - плотность горячей воды, поступающей в систему отопления, кг/м³. Температуру воды на i-u участке вычисляют по формуле

где t_r - температура горячей воды, поступающей в стояк (систему), °С; ?Q_np - суммарная тепловая мощность всех вышерасположенных отопительных приборов, Вт; с - удельная массовая теплоемкость воды, принимаемая равной 4,2 кДж/(кг • °С); G_СТ - расход воды, протекающей через отопительный стояк, кг/ч.

В однотрубных водяных отопительных системах расход воды определяют по формуле

где ?Q_np - общая тепловая мощность всех отопительных приборов расчетного стояка, Вт; t_o - температура воды на выходе из стояка (системы), °С.

В системах водяного отопления с естественным побуждением (циркуляцией) при незаглубленном котле (рис. 3) давление циркуляции можно определять по эмпирической формуле

где h_т - высота расположения подающей магистрали над центром нагревания (точка Б) в котле; b - безразмерный коэффициент, равный 0,4 при изолированном главном стояке и неизолированных остальных трубах и 0,34 при изолированных стояке и обратной магистрали; l - расстояние по горизонтали от расчетного отопительного стояка до главного.

Рисунок 3. Система отопления с естественным побуждением и незаглубленным котлом: 1 - котел; 2 - главный стояк; 3 - переливная труба; 4 - расширительный бак; 5 - подающая магистраль; 6 - отопительные стояки; 7 - краны двойной регулировки; 8 - отопительный прибор; 9 - обратная магистраль; 10 - кран для заполнения системы водой; 11 - кран для опорожнения системы; А - центр охлаждения в отопительном приборе; Б - центр нагревания в котле

Такие схемы отопления применяют в сельской местности при строительстве малоэтажных коттеджей и общественных зданий без централизованного теплоснабжения.

Широкое распространение получили системы водяного отопления с принудительным побуждением (рис. 4). Они позволяют обогревать большое количество помещений от одного центрального источника теплоты. В системах такого типа теплоноситель (вода) перемещается циркуляционным насосом или водоструйным эжектором (элеватором). В системах водяного отопления, работающих от домовых и квартальных котельных, устанавливают расширительные баки объемом, равным увеличению объема воды в процессе ее расширения.

Рисунок 4. Системы водяного отопления с принудительным побуждением: а - от насоса; б - с помощью водоструйного элеватора; 1 - циркуляционные насосы; 2 - обводная линия; 3 - котел; 4 - расширительный бак; 5 - контрольная труба; 6 - переливная труба; 7 - циркуляционная труба; 8 - расширительная труба; 9 - воздухосборник; 10 - отопительный прибор; 11 - манометры; 12 - водоструйный элеватор

Циркуляционные насосы в основном приводятся в движение электродвигателями (электронасосы), резервные насосы на ТЭЦ - паровыми турбинами (турбонасосы). Соединение вала насоса с валом двигателя обычно осуществляется при помощи муфты (рис. 5).

Рисунок 5. Циркуляционный насосный агрегат: 1 - насос; 2 - подшипники; 3 - муфта; 4 - электродвигатель; 5 - рама

Турбонасосы работают с большой частотой вращения (75... ...100 с^-1), электронасосы - с меньшей (25...50 с^-1). Регулирование турбонасоса производится изменением частоты вращения вала турбины. Отработавший в турбине пар используют для подогрева питательной воды.

Для переключения насосов применяют задвижки, а для контроля циркуляции воды - манометры, устанавливаемые на трубопроводе до и после насоса. Правильность показаний рабочих манометров проверяют контрольным манометром, который подключают с помощью трехходового манометрического крана, специально установленного перед каждым манометром. На случай аварийной остановки насосов предусматривают обводную линию (байпас) для подачи теплоносителя. При открытии задвижки байпас обеспечивает циркуляцию воды за счет естественного побуждения.

Пример установки центробежного насоса для повышения напора в многоэтажном здании показан на рис. 6.

Рис. 6. Разрез и план помещения насосной установки для повышения напора в системе отопления многоэтажного здания

Элеватор (рис. 7) состоит из сопла 1, обратной трубы 2, смесительной камеры (смесителя) 3 и диффузора 4. Работа элеватора основана на использовании энергии воды, вытекающей с высокой скоростью из сопла 1 для подсоса охлажденной воды из обратного трубопровода системы. Поток смешанной воды поступает в камеру 3, где происходит выравнивание скорости воды по сечению. За счет плавного снижения скорости в диффузоре 4 происходит повышение статического давления; в результате разности давлений в конце диффузора и в обратном трубопроводе обеспечивается циркуляция воды в системе отопления.

Рисунок 7. Водоструйный элеватор: 1 - сопло; 2 - обратная труба; 3 - смеситель; 4 - диффузор

Для элеватора основной расчетной характеристикой является коэффициент смешения и, представляющий собой отношение расходов подсасываемой G_п и сетевой G_c воды, поступающей в сопло:

Расчет элеватора сводится к определению диаметров смесительной горловины d_r и сопла d_c. Диаметр горловины находят по формуле

где G_пр - приведенный расход воды с учетом расчетной потери напора в отопительной системе.

По вычисленному диаметру горловины подбирают соответствующий серийный элеватор.

Серийные элеваторы имеют следующие диаметры горловины:

Минимальный диаметр сопла d_c во избежание засорения принимают равным 4 мм.

Необходимое давление сетевой воды перед элеватором, кПа, определяют по формуле

где ?h - расчетная потеря напора в отопительной системе.

Элеватор можно подобрать по номограмме (рис. 8), в которой по оси абсцисс отложен расход воды G_np, а по оси ординат - диаметр d_i сопла. Номограмма представляет собой кривые, соответствующие различным значениям коэффициента смешения u.

Рисунок 8. Номограмма для выбора элеватора

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях