1. Применяются в с.О. Для понижения t1, поступающей из наружного теплопровода, до t2.

2. Для местного качественного регулирования С.О.

3. Дополняет центральное регулирование на тепловой станции (ТС).

В результате имеем:

• экономию тепловой энергии;

• оптимальный тепловой режим в помещении;

• нет перегрева в осенне-весенний период.

Понижение температуры происходит при смешении высокотемпературной воды t1 с обратной водой местной С.О.

Коэффициент смешения:

U- это отношение масс двух смешивающихся потоков (охлажденного G0 и высокотемпературного G1).

, (2.19)

, (2.20)

, (2.21)

, (2.22)

После подстановки имеем:

, (2.23)

коэффициент запаса

Смешение двух потоков происходит в результате действия двух аппаратов - циркуляционного сетевого насоса на ТС и насоса (водоструйного элеватора) в отапливаемом здании.

t₁=150 ⁰C, t₂=95 ⁰C;

Это означает, что на одну единицу высокотемпературной воды приходится 2,53 единицы охлажденной воды.

1. смесительный насос;

2. давление в подающем наружном теплопроводе;

3. давление в обратном наружном теплопроводе

Р Т - регулятор температуры для количественно-качественного

регулирования

РР – регулятор расхода в течение отопительного сезона

а) Точка А - точка смешения потоков.

Точка Б – точка разделения потоков.

В т. А поступает два потока воды в результате параллельного включения двух насосов: сетевого и местного. Насос подает воду в т. А, повышая ее давление до давления высокотемпературной воды.

, (2.24)

Насос на работу С.О. не влияет.

Насос работает в благоприятных условиях: .

Изменение гидравлического давления в С.О. и в перемычке АБ изображено на рисунке А. Показано постепенное понижение давления в Т1, в Т2 и падение давления в стояке, а также возрастание давления под действием насоса в перемычке до давления в т. А.

б) - в) – применяется, если . Насос обеспечивает смешение и циркуляцию и называется циркуляционно-смесительным . Насос работает при температуре t₂ и t₀. циркуляция обеспечивается за счет работы двух последовательно соединенных насосов: сетевого и местного. В результате повышается до .

б) Гидравлическое давление в С.О. ниже давления в наружных теплопроводах. Необходимо данную схему проверить: не будет ли вскипания воды и подсоса воздуха в отдельных точках С.О. Насос повышает давление в обратном наружном теплопроводе. Давление в т. А ниже давления в т. Б, поэтому необходимо установить РТ.

в) Насос называется циркуляционно-смесительно-повысительным.

Примечание: всегда устанавливается два насоса : рабочий и резервный.

г) Элеватор подсасывает охлажденную воду для смешения с высокотемпературной и передает часть давления, создаваемого сетевым насосом на Т.С в С.О. для обеспечения циркуляции воды.

1,2 – ведущий и ведомый теплогенераторы;

3 - газовая или дизельная горелка с турбонадувом;

4 - блок автоматики;

5 - предохранительный клапан;

6 – циркуляционный насос контура котельной;

7 - обратный клапан;

8 - запорная арматура;

9 – гидравлический разделитель;

10 – трехходовой смесительный клапан;

11 – циркуляционный насос теплопотребляющей системы;

12 – закрытый расширительный бак;

13 – сборный коллектор;

14 – распределительный коллектор;

15 – сетчатый водяной фильтр.

Т1,Т2 – подающая и обратная магистраль контура котельной;

Т11, Т12, Т13 – подающие магистрали теплопотребляющих систем;

Т21, Т22, Т23 – обратные магистрали теплопотребляющих систем;

В1 – линия подпитки из холодного водопровода.

Обычно в котельной устанавливаются один или два котла, каждый из которых рассчитан на 50 % общей мощности всех потребителей теплоты здания. Первичная вода нагревается в котле до температуры не ниже требуемой и достаточной для последующего нагревания вторичной водопроводной воды в теплообменнике системы ГВС (70 ⁰С).

Современные системы местного децентрализованного теплоснабжения предусматривают установку в каждой системе собственного циркуляционного насоса. Расширительный бак является общим для всех потребителей.

1.

2. -имеем неоднородное распределение плотностей воды.

3. В вертикальных системах отопления имеем естественную циркуляцию воды.

4. Величина , вызывающая циркуляцию воды, определяется разностью гидростатического давления двух столбов воды одинаковой высоты.

.

Нагревание и охлаждение воды в циркуляционных кольцах системы отопления создают неоднородное рас­пределение ее плотности. В строго горизонтальной систе­ме отопления это явление не вызывает циркуляции воды. В вертикальной системе возникает естественная циркуляция воды. Величина естественного давления, вызывающего циркуляцию воды, определяется разностью гидростатического давления двух столбов воды одинаковой высоты.

Охлаждение теплоносителя воды в системе отопления происходит непрерывно по мере удаления от теплооб­менника, на выходе из которого температура воды име­ет наивысшее значение, и заканчивается при возвраще­нии ее к теплообменнику. Постепенное остывание воды в теплопроводах сменяется быстрым охлаждением ее в отопительных приборах. Поэтому общее естественное циркуляционное давление в системе можно рассматри­вать как сумму двух величин: давления , возникаю­щего вследствие охлаждения воды в отопительных при­борах, и давления , вызываемого охлаждением во­ды в трубах:

, (4.1)

В большинстве случаев — в системах отопления мно­гоэтажных зданий— первое слагаемое является основ­ным по величине, второе — дополнительным. В частном случае — в одноэтажных зданиях — основным является .

От остывания воды в приборах ~f (схемы с.о.)

Главное

От остывания воды в трубах

Дополнительное

Многоэтажные здания

Одноэтажные здания:

Главное Дополнительное

При рассмотрении естественного циркуляционного давления используют понятие о центре охлаждения теплоносителя. В центре охлаждения действительное посте­пенное изменение температуры (и плотности) воды по длине теплопровода или отопительного прибора прини­мают условно скачкообразным. С введением такой ус­ловной границы охлаждения можно считать, что на каж­дой половине длины теплопровода или прибора вода имеет постоянную, но отличающуюся плотность. При этом гидростатическое давление не должно изменяться.

Условный центр охлаждения (Ц.О.) – граница скачкообразного изменения температуры и плотности воды в приборе с до .

Центр нагрева (Ц.О.) – граница скачкообразного изменения температуры с до в теплообменнике (теплогенераторе).

а) при постоянном охлаждении воды в трубах:

,

, (4.2)

б) при введении условных Ц.О.

плоскость

отсчёта

, (4.3)

в) с произвольно расположенными центрами нагрева и центрами охлаждения

(4.4)

После преобразования:

,(4.5)

- определяется произведением высоты от плоскости I-I до Ц.О или Ц.Н на разность плотностей после и до каждого центра по направлению движения воды.

В общем случае:

, (4.6)

Выводы:

1. , возникающее вследствие охлаждения воды в трубах циркуляционного кольца, состоящего из n участков, равно - высоте расположения Ц.О или Ц.Н над плоскостью I-I на разность плотностей воды на концах участка, включающего такой центр.

2. возрастает с увеличением высоты расположения Ц.О над Ц.Н (обычно за Ц.Н принимают плоскость отсчёта, проходящую через теплообменник, котёл, элеватор и. т. д.).

3. в системах отопления с верхней разводкой больше в системах с нижней разводкой, т.к. высота от Ц.Н до Ц.О будет больше.

, (4.7)

Половина прибора заполнена водой с температурой , а вторая заполнена водой с температурой .

, (4.8)

, (4.9)

, .

В общем случае:

, (4.10)

где - сумма Q всех нагревательных приборов на стояке до рассматриваемой точки.

В проточной и проточно-регулируемой системе отопления:

Гидростатическое давление в стояке при его высоте, равной :

, (4.11)

, (4.12)

Разность гидростатического давления в рассматриваемом и главном стояках:

, (4.13)

Схема А Схема Б Схема В

Рисунок 4.1 – Однотрубная система отопления с верхней разводкой

Введём параметр :

, (4.14)

- показывает среднее понижение плотности при увеличении температуры на 1 (по табл.).

, (4.15)

,

,

.

Подставив в формулу (4.15) и преобразовав, получим:

или

.

Подставив это выражение, получаем:

, (4.16)

В общем виде при “n” отопительных приборов:

, (4.17)

где - произведение тепловой мощности i-ого отопительного прибора на вертикальное расстояние от его центра охлаждения до центра нагрева.

Пример:

Стояк проточно-регулируемый:

Вт

Вт

Вт

м, м

, , ,

,

В стояках вертикальной однотрубной системы отопления со смещённым замыкающим участком (и с осевым – схема В) имеем точку смешения .

При определении рассуждения аналогичны предыдущим, но изменяется расстояние:

на , (4.18).

В стояке с замыкающими участками у каждого отопительного прибора есть малые циркуляционные кольца.

В малом циркуляционном кольце возникает собственное естественное циркуляционное давление:

, (4.19)

, (4.20)

создаётся как разность гидростатического давления по высоте прибора и замыкающего участка.

Нисходящая часть стояка:

при движении воды в стояке способствует возрастанию расхода воды в приборе, т.е увеличивает затекание воды в отопительный прибор.

Восходящая часть:

противодействует затеканию воды в прибор, т.е. .

а) схема проточно-регулируемого сточка;

б) простейшая схема того же стояка.

Разность гидростатического давления в нисходящей и восходящей части стояка:

, (4.21)

,

, .

,

+ ,

.

, (4.22)

где - сумма тепловых нагрузок нагревательных приборов на одной высоте .

, (4.23)

, (4.24)

Выводы:

1. В циркуляционных кольцах вертикальных однотрубных систем водяного отопления возрастает с увеличением числа этажей (количества последовательно соединённых отопительных приборов). действует как единая величина, влияющая в равной степени на циркуляцию воды через все отопительные приборы каждого стояка.

2. В малых циркуляционных кольцах отопительных приборов в вертикальных однотрубных системах отопления с замыкающим участком возникает дополнительное естественное циркуляционное давление, которое зависит от высоты прибора и степени охлаждения воды в нем. Это давление способствует затеканию воды в приборы при движении воды в стояке сверху вниз и противодействует ему при движении воды снизу вверх. С увеличением числа этажей влияние этого давления уменьшается.

Рекомендации:

Целесообразно применять стояки вертикальные однотрубные с односторонним присоединением.

, - унификация заготовительных работ.

I этаж:

, (4.25)

, (4.26)

В циркуляционных кольцах, проходящих через приборы на верхнем этаже (N), действует максимальное естественное давление:

,

, (4.27)

Для каждого из отопительных приборов образуется отдельное циркуляционное кольцо, т.е число циркуляционных колец равно числу приборов.

В циркуляционном кольце прибора, расположенного выше другого, возникает дополнительное естественное давление, пропорциональное вертикальному расстоянию h между центрами охлаждения в этих приборах.

Выводы:

В двухтрубной системе отопления вследствие охлаждения воды в отопительных приборах возникает естественное циркуляционное давление ( ). Оно различно по величине и независимо по действию для циркуляционных колец, находящихся на разной высоте. Т.о. естественное давление неодинаково влияет на циркуляцию воды через каждый прибор, что может привести к нарушению заданного расчётного распределения воды по приборам. В этом причина вертикальной тепловой неустойчивости не отрегулированных двухтрубных систем отопления.

1 – сопло;

2 – камера всасывания;

3 – камера смешения (смесительный конус);

4 – горловина;

5 – диффузор.

Водоструйный элеватор получил распространение как дешевый, простой и надежный в эксплуатации аппарат. Он сконструирован так, что подсасывает охлажденную воду для смешения с высокотемпературной водой и пе­редает часть давления, создаваемого сетевым насосом на тепловой станции, в местную систему отопления для циркуляции воды.

Водоструйный элеватор состоит из кону­сообразного сопла, через которое со значительной ско­ростью протекает высокотемпературная вода; камеры всасывания, куда поступает охлажденная вода при температуре; смесительного конуса и горловины, где проис­ходит смешение и выравнивание скорости движения во­ды, и диффузора.

Вокруг струи воды, вытекающей из отверстия сопла с высокой скоростью, создается зона пониженного давления, благодаря чему охлажденная вода перемещается из обратной магистрали системы в каме­ру всасывания. В горловине струя смешанной воды дви­гается с меньшей, чем в отверстии сопла, но еще со зна­чительной скоростью. В диффузоре при постепенном уве­личении площади поперечного сечения по его длине гидродинамическое (скоростное) давление падает, а гид­ростатическое - нарастает.

За счёт разности гидростатического давления в конусе диффузора и в камере всасывания создаётся циркуляционное давление, необходимое для действия системы отопления.

Недостатки:

1. Низкий КПД 10%. В лучшем случае – 45 % достигается в особой камере всасывания и при низком коэффициенте смешения. должно быть в 10 раз меньше : .

2. Прекращение циркуляции воды в системе отопления при аварии в тепловых сетях.

3. U=const, - исключается местное качественное регулирование в системе отопления. При применении элеватора с регулируемым соплом возможно осуществление качественного местного регулирования.

Выбор элеватора осуществляется по диаметру горловины.

Элеватор №1- диаметр 15 мм;

Элеватор №2 – диаметр 20 мм.

,см (3.1)

т/ч;

- насосное циркуляционное давление для системы отопления, кПа:

, (3.2)

-диаметр сопла;

Пример: т/ч,

Разность давлений в наружных теплосетях:

, (3,3)

г де G1 –расход высокотемпературной воды.

Из формулы видно, что из-за изменения по какой – либо причине , изменяется расход G1 через коэффициент смешения «U» ( ).

Изменение и Gс.о вызывает разрегулирование системы отопления, т.е. неравномерную теплоотдачу отопительных приборов, поэтому перед элеватором устанавливается регулятор расхода.

Насосное циркуляционное давление , передаваемое в элеватором в систему отопления , можно найти по формуле:

, (3,4)

где - потери давления в ответвлении от точки присоединения к наружным теплопроводам до элеватора.

Система водяного отопления представляет собой раз­ветвленную закольцованную сеть труб и приборов, за­полненных водой. Вода в течение отопительного сезона находится в постоянном кругообороте. По трубам-теп­лопроводам нагретая вода распределяется по приборам, охлажденная в приборах вода собирается воедино, на­гревается в теплообменнике и вновь направляется к при­борам. Теплопроводы предназначены для доставки и пе­редачи в каждое помещение обогреваемого здания необ­ходимого количества теплоты. Так как тепло передается при охлаждении определенного количества воды, требу­ется выполнить гидравлический расчет системы.

Гидравлический расчет проводится в соответствии с законами гидравлики. Расчет основан на следующем принципе: при установившемся движении воды действу­ющая в системе разность давления (насосного и естест­венного) полностью расходуется на преодоление сопро­тивления движению.

Правильный гидравлический расчет предопределяет работоспособность системы отопления. Точный расчет системы связан с решением большого числа нелинейных уравнений. Решение упрощается при выполнении требования СНиП применять трубы по имеющемуся сортамен­ту. В этих условиях гидравлический расчет заключается в подборе по сортаменту площади поперечного сечения (диаметра) труб, достаточной для подачи нужного количества воды в приборы системы. Потери давления при перемещении требуемого количества воды по трубам принятого диаметра определяют гидравлическое сопро­тивление системы.

Гидравлическое сопротивление, как установлено, должно соответствовать действующей разности давления. Разность давления, действующую в расчётных условиях циркуляции воды, называют расчётной.

Задачи:

Подобрать диаметры труб так, чтобы каждому прибору передать расчётное количество теплоты. Для этого необходимо выбрать основное циркуляционное кольцо.

В тупиковой системе отопления это кольцо проходит через стояк, наиболее нагруженный из удалённых. В системе отопления с попутным движением теплоносителя основное циркуляционное кольцо проходит через стояк, наиболее нагруженный из средних.

Участок – труба или часть трубы с одним и тем же расходом теплоносителя.

Последовательно соединённые участки образуют замкнутый циркуляционный контур.

Гидравлический расчёт выполняется по заданной разности располагаемого давления ( ). - это разность давлений, которая может быть израсходована в расчётных условиях на преодоление сопротивлений движению воды в системе отопления ( ).

, (5.1)

Рисунок 5.1 – Простейшая система отопления

ОЦК (Основное циркуляционное кольцо): Ц.Н – 2 – 1 – 1’ – 2’ – Ц.Н

ВЦК (Второстепенное циркуляционное кольцо): Ц.Н – 2 – 2’ – Ц.Н

1

Система отопления –

замкнутый контур

. где

2’ При равных температурных перепадах

,

Определить расход

воды G кг/ч

2

2’’ При неравных температурных перепадах ,

.

3. два неизвестных.

4. Задача решается методом подбора диаметров при заданном .

5. Система отопления – это сложная разветвленная сеть.

6

Рассчитать

ОЦК

Предварительно определяют потери давления в каждом из

Последовательно соединённых участков ( ):

.

7

Рассчитать

ВЦК

Произвести “увязку”

ВЦК с ОЦК

.

т.к. одинаково для основного кольца и второстепенного при их различных длинах.

Расчётное циркуляционное давление представляет собой располагаемую разность давлений (насосного и естественного) и предназначается для преодоления сопротивлений движению воды в системе отопления .

или (5.2)

Б ~ f (схемы системы отопления), учитывает значение естественного циркуляционного давления.

Б = 1 – для вертикальных однотрубных или бифилярных систем;

Б = 0,5 0,4 –для горизонтальных однотрубных и двухтрубных систем отопления.

- разность давления, создаваемого насосом (насосное и циркуляционное), оно постоянно в определённой рабочей точке его характеристики.

- переменно и подвержено в течение отопительного сезона увеличению или уменьшению.

Т.о., переменно, поэтому задачей является выбор его значения в качестве расчётного.

Методы

1. Метод удельных линейных потерь на трение (R): для двухтрубных и однотрубных систем отопления

Метод характеристик гидравлического

сопротивления (S) и проводимости ( ): для однотрубных систем отопления