Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Южно-Уральский Государственный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Лекции по отоплению.docx

Скачиваний:

Добавлен:

17.04.2019

Размер:

1.71 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 66

1. N последовательно соединённых участков:

;

Общая характеристика последовательно соединённых участков равна сумме характеристик гидравлического сопротивления составляющих участков, т.е:

, (5.21)

2. N параллельно соединённых участков (характеристика сопротивления узла):

, (5.22)

, (5.23)

- обратная величина квадрату суммы проводимостей участка.

Характеристика сопротивлений однотрубного стояка, состоящего из последовательно соединённых приборных узлов и участков:

, (5.24)

Далее необходимо определить характеристику сопротивления системы отопления ( ). Потери давления в системе отопления при известном расходе составляют:

, (5.25)

Потери давления основного циркуляционного кольца равномерны, поэтому определяют:

и.т.д.

Общие выводы:

Существует четыре способа гидравлического расчёта:

1 способ: раскрывает физическую картину распределения сопротивлений в системе отопления и выполняется с невязками потерь давления в смежных циркуляционных кольцах (15%). На практике после окончания монтажа необходимо произвести пуско-наладочное регулирование системы отопления, чтобы избежать нарушения распределения воды по приборам.

2 способ: применяется при повышенной скорости воды в системе отопления. При этом определяют действительное значение расхода воды и температуры ( ) в ветвях, стояках и приборах системы отопления.

3 способ: по приведённым длинам :

, (5.26)

где - длина труб, эквивалентная по потерям давления на участках и в местных сопротивлениях.

Применяется при расчётах паровой системы отопления высокого давления и в наружных теплопроводах.

4 способ: по динамическим давлениям:

, (5.27)

К коэффициентам местных сопротивлений добавляют КМС, эквивалентные линейным потерям давления на участке:

, (5.28)

Применяют при расчёте систем отопления с короткими участками и многочисленными местными сопротивлениями.

Второстепенные кольца увязывают с основным расчётным по потерям давления.

ОЦК : Ц.Н – 2 – 1 – 1’ – 2’ – Ц.Н

ВЦК : Ц.Н – 2 – 2’ – Ц.Н

, ,

, (5.29)

Предположим:

, ,

, , , ,

, ,

Для выполнения

условия (5.29) необходим

, и при

и , т.е у

стояков должны быть разные трубы

- вводится местное сопро-

тивление (диафрагма)

При , ,

, ,

по располагаемому циркуляционному давлению ( ) стояка определяют

где - проводимость

стояка:

Увязку циркуляционных колец можно осуществить:

а) изменением диаметров труб стояков, но при этом снижается индустриальность системы отопления;

б) введением дополнительного сопротивления в стояке (диафрагма).

, (5.30)

где - расход теплоносителя в стояке, кг/ч.

, Па (5.31)

в) определяется расход воды в стояках против расчётного. При этом используется метод расчёта систем с неравными разностями температур в стояках.

Примечание:

При определении потерь давления в промежуточных стояках допускается невязка до 15% от с располагаемым циркуляционным давлением.

Избыток циркуляционного давления (невязка), если он превышает 15% от , вызывает недопустимое перераспределение количества воды, протекающей в стояках, магистралях, приборах. В результате возникает горизонтальное разрегулирование системы с отклонением от расчётных расходов и температуры воды, а также теплопередачи приборов.

Сначала вычерчивается расчётная схема системы отопления, на которой наносятся нагрузки Q, Вт, расходы G, кг/ч и длины участков l, м.

1. Необходимо выбрать основное циркуляционное кольцо:

а) вертикальная однотрубная система отопления:

- в тупиковой системе отопления ОЦ кольцо проходит через наиболее нагруженный стояк из удалённых;

- при попутном движении воды в магистралях – через наиболее нагруженный стояк из средних.

б) вертикальная двухтрубная система отопления:

Это стояк через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного из удалённых стояков при тупиковом движении воды и через прибор на первом этаже наиболее нагруженного из средних стояков при попутном движении воды.

в) горизонтальная однотрубная система отопления многоэтажных зданий, поквартирная система отопления:

Основное циркуляционное кольцо выбирается по :

, (5.32)

Для двух циркуляционных колец через ветви на верхнем и нижнем этажах.

На расчётной схеме ОЦК необходимо пронумеровать участки, нанести данные по Q, G, l.

2. Определить среднее (ориентировочное) значение удельной линейной потери давления:

, (5.33)

где ,

, (5.34)

U – коэффициент смешения в элеваторе.

МПа (1,27 м. вод. ст).

Б = 1,0 – для однотрубной системы отопления;

Б = 0,4 – для двухтрубной системы.

- рассчитывается по формулам.

Выполняется гидравлический расчёт в виде таблицы (стр. 98 табл. 10.12 Справочник проектировщика).

3. Зная G, кг/ч, определяются диаметры, и R , а затем Rl.

. .

со стр. 212, со стр. 217, если мм.

4. Потери давления в ОЦК, состоящем из n последовательно соединённых участков:

, (5.35)

, (5.36)

Запас (5 10%) учитывает дополнительные потери давления вследствие отступления от проекта при монтаже в системе отопления.

Если запас будет больше 10% от , то необходимо поставить дроссельную шайбу или изменить диаметры участков.

Пример:

Па,

Па.

Па

Избыточное давление: Па

мм

мм на мм.

5. Гидравлический расчёт ОЦК дает возможность установить изменение давление по всей длине подающей и обратной магистралях. После расчёта необходимо построить эпюру циркуляционного давления в магистралях.

Расчётные схемы циркуляционных колец

ОЦК проходит через стояк 4. Эпюры циркуляционных давлений необходимо построить после расчёта второстепенных циркуляционных колец через ближний и дальний стояки от центра нагрева.

ВЦК через стояк 1.

ВЦК через стояк 7.

При увязке циркуляционных колец невязка равна 5%.

6. По эпюре выявляют располагаемое циркуляционное давление в точках присоединения к магистралям промежуточных стояков (1-6), входящих в ВЦК.

7. Расчёт ВЦК:

ВЦК состоит из общих участков с ОЦК (уже рассчитанных) и дополнительных (не общих, не рассчитанных). Производится «увязка» потерь давления.

Термин «увязка» означает равенство потерь давления на параллельно соединённых дополнительных участках какого-либо ВЦК и не общих участков ОЦК.

для двухтрубной системы отопления:

, (5.37)

Для однотрубной системы отопления:

, (5.38)

т.е вводится поправка на разность в ОЦК и ВЦК.

Отопительный прибор – основной элемент системы отопления, предназначенный для теплопередачи от теплоносителя в обогреваемое помещение.

1. Теплопотребность помещения (расход теплоты на отопление):

, (6.1)

где - теплоотдача отопительного прибора;

- теплоотдача труб.

2. Теплота, подводимая теплоносителем :

, (6.2)

, (6.3)

3. Каждый отопительный прибор должен иметь определённую площадь нагревательной поверхности , , которую рассчитывают в соответствии с требуемой теплоотдачей прибора.

4. Для обеспечения требуемой теплоотдачи в прибор должно поступать определённое количество теплоносителя в единицу времени, которое называется расходом теплоносителя.

, (6.4)

(6.5)

, (6.6)

где r – удельная теплота конденсации при определённом давлении пара.

- уточняющие и дополняющие требования к системе отопления.

1. Санитарно – гигиенические.

2. Экономические:

Расход металла должен быть минимальным, но обеспечивающим повышенное тепловое напряжение металла.

, (6.7)

3. Архитектурно – строительные.

4. Производственно – монтажные.

5. Эксплуатационные:

а) управляемость теплоотдачей прибора, зависящая от их тепловой инерции.

б) водонепроницаемость стенок при предельно допустимом рабочем давлении внутри прибора.

6. Теплотехнические требования:

1. Приборы с гладкой поверхностью:

- радиаторы: секционные, панельные;

- гладкотрубные приборы.

2. Приборы с ребристой поверхностью:

- конвекторы;

- ребристая труба.

3. Калориферы.

а) по преобладающему способу теплоотдачи:

Радиационные: ,

- излучением;

- потолочные излучатели;

- стальные панели; и т.д.

Конвективно-радиационные:

50-70%

- конвекция (приборы с гладкой пповерхностью)

Конвективные:

- приборы с ребристой поверхностью

б) по материалу:

Me:

- сталь,

- Al,

- чугун серый.

Не Me:

- бетонные панели, радиаторы с

заделанными пластмассовыми

трубами.

Комбинированные: в теплопроводный бетон заделывают стальные или чугунные греющие трубы

в) по высоте:

Высокие:

мм

Плинтусные:

< 200

Средние:

400-650 мм

чугунный

секционный

радиатор

Низкие:

200-400 мм

конвектор

г) по величине тепловой инерции:

Приборы с большой :

чугунный секционный радиатор:

теплоотдачу изменяют сравнительно

медленно

Приборы с малой тепловой инерцией:

конвекторы: быстро изменяют

теплоотдачу при регулировании

Малой глубины:

мм

Средней:

120…200

Большой

>200 мм

) по глубине установки:

Тепловой поток Q от теплоносителя передаётся в помещение через стенку прибора. Интенсивность теплопередачи характеризуется .

- показывает плотность теплового потока на внешней поверхности стенки при .

, (6.8)

, (6.9)

Чтобы повысить теплоотдачу, необходимо нанести оребрение.

Рассмотрим по составляющим:

1. , (6.10)

- от скорости воды ;

- от температуры воды.

При .

При движении воды в изогнутых трубах , т.к идёт вторичная циркуляция и теплоперенос усиливается.

2. - сопротивление теплопроводности:

, (6.11)

3. - сопротивление теплообмену на наружной поверхности:

, (6.12)

Свободное давление воздуха при .

Рассматривается свободное давление воздуха у гладкой вертикальной поверхности радиатора с температурой 95-70 .

, (6.13)

- материал;

- форма прибора;

- размеры прибора;

- температура;

- взаимное расположение

прибор и поверхностей

ограждения помещения.

, (6.14)

где - температурный коэффициент;

- приведённый коэффициент излучения;

- коэффициент облученности.

; ; .

Таким образом, в основном определяется величиной .

- для металлических приборов с гладкой поверхностью;

- для неметаллических приборов.

Конвектор – прибор с ребристой поверхностью:

, .

Таким образом, определяется интенсивностью теплообмена на внешней поверхности и прежде всего теплообмена конвективного, поэтому прибор надо грамотно закрывать защитным кожухом, не снижая величины .

- основные факторы;

- второстепенные факторы.

Основные факторы:

1. Вид и конструктивные особенности прибора.

2. Температурный перепад при эксплуатации прибора.

1- гладкотрубные приборы;

2- радиаторы панельные;

3- радиаторы секционные;

4- конвектор – ребристая труба.

В пределах каждой области зависит от:

1. Конструктивных особенностей прибора:

а) гладкотрубные приборы:

, если , и “n” параллельно установленных труб (экранирование труб).

б) секционные радиаторы:

- глубины, высоты, числа секций m

в) конвектор:

- , , шаг рёбер и.т.д.

2. Температурный напор при эксплуатации прибора:

, если .

, (6.15)

- для определения .

Из экспериментов:

, (6.16)

где m, n и p – экспериментальные числовые показатели, которые выражают влияние конструктивных и гидравлических особенностей прибора на (таблица).

Номинальный коэффициент теплопередачи получают при , (0,1 ) и при атмосферном давлении 0,1 МПа (1013,3 гПа).

Это нормальные условия, при которых устанавливается номинальный тепловой поток, коэффициент теплопередачи .

Для секционного радиатора: .

, где (6.17)

- относительный расход воды в приборе;

- действительный расход воды в приборе, ;

360 – номинальный расход воды, принимаемый при тепловом испытании прибора, . Второстепенные факторы:

1. ,

определяет:

а) характер циркуляции воды внутри прибора;

б) равномерность температурного поля на внешней поверхности прибора.

2. от схемы присоединения прибора

к теплопроводам

1 группа: радиаторы чугунные секционные и радиаторы стальные панельные.

2 группа: отопительные приборы с трубчатыми нагревательными элементами - гладкотрубные, ребристые, конвектор без кожуха.

Характерно параллельное или последовательное соединение.

3 группа: конвектор с кожухом – имеет горизонтальное или вертикальное расположение труб нагревателя.

Применяется последовательное или параллельное движение воды по трубам.

3 . скорости движения воздуха у

внешней поверхности прибора

- при усиленной циркуляции воздуха в помещении.

4. Конструкция ограждения:

- прибор в нише, ;

- защитное ограждение, , но иногда .

5. Расчётное значение атмосферного давления в месте расположения здания.

если гПа

При р = 970 гПа b = 0,98 – вследствие уменьшения плотности воздуха.

6. Окраска прибора:

- для гладкотрубных приборов , если краска имеет высокую излучательную способность.

Цинковые белила: на 2,2%.

Алюминиевая краска, растворённая в нитролаке: на 8,5%.

- зависит от тех же факторов, что и .

, (6.18)

, (6.19)

, (6.20)

Значения плотности теплового потока позволяют сравнить отопительные приборы и судить об их теплотехнической эффективности. Для этого необходимо знать номинальную плотность теплового потока ( ), которую получают при нормальных (стандартных) условиях.

находят по таблицам.

Стальные панельные радиаторы: = 730;

Чугунные секционные радиаторы М140: = 650;

М140 АО: = 595;

Конвектор “Комфорт 20”: = 462;

Чугунные ребристые трубы: = 388;

Радиатор чугунный секционный МС90-108: = 790;

Расчётная плотность теплового потока в конкретных условиях работы:

, (6.21)

n, p, c – в таблице; ; (схемы движения воды в приборе).

Заключается в определении площади нагревательной поверхности прибора, обеспечивающей теплопередачу от теплоносителя в помещение.

Требуемый номинальный тепловой поток:

, (6.22)

гд е - расчётная теплопередача прибора в рассматриваемое помещение (тепловая мощность прибора).

, (6.23)

где - Теплопотребность помещения, которая равна его теплопотерям.

- теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения труб.

- доля теплоты, передаваемой в помещение.

= 0,9 – открытая прокладка труб в помещении;

= 0,5 – скрытая прокладка;

= 1,8 – трубы, замоноличенные в бетон.

, (6.24)

где - теплоотдача одного метра горизонтальных или вертикальных труб (Таблица II. 22, принимается в зависимости от диаметра, положения труб и разности температуры теплоносителя при входе в помещение и температуры воздуха: ).

- длина горизонтальных и вертикальных труб в пределах помещения.

Если нет таблиц, то теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения труб вычисляется по формуле:

, (6.25)

- комплексный коэффициент приведения номинального условного теплового потока прибора к расчётным условиям:

, (6.26)

где .

Приведённые выше формулы действительны при открытой установке н еокрашенных приборов у наружных поверхностей помещения.

Минимально допустимое число секций чугунного радиатора:

, (6.27)

где - коэффициент учёта способа установки радиатора (стр. 69 Справочника проектировщика);

- коэффициент учёта числа секций в нише. .

МС140 16…20 секций ;

21…25 секций .

При установке других типов радиаторов:

, (6.28)

Если число секций получилось не целое, округление ведётся в большую сторону: 6,3 7 шт.

Для подбора типоразмера конвектора необходимо по справочнику выбрать конвектор по , при этом .

В расчётных

условиях

В условиях

эксплуатации

Var в течение отопительного

сезона

чтобы

помещение

Тепловой режим здания

на заданном уровне

В процессе эксплуатации необходимо регулировать теплоотдачу отопительных приборов.

Регулирование может быть:

Качественное

Изменяется температура теплоносителя, подаваемого в систему отопления.

По месту осуществления регулирование может быть:

- центральным (ТЭС);

- местное (ИТП и др.);

- групповое (на ЦТП).

Местное регулирование должно дополнять центральное, т.к при местном регулировании учитываются особенности каждого здания, системы отопления.

В паровой системе отопления не производится.

Количественное

Изменяется количество воды или пара, подаваемого в систему отопления или прибор :

- центральное;

- местное;

- индивидуальное (непосредственно у прибора).

В паровой системе отопления осуществляется и местное количественное регулирование – пропусками (пропорциональное регулирование)

+ индивидуальное.

В системе водяного отопления центральное и местное качественное регулирование дополняется местным и индивидуальным количественным регулированием теплоотдачи приборов. Регулирование называется количественно-качественным.

Регулирование должно быть автоматизированным.

Местный тепловой пункт:

Производится местное автоматическое регулирование по температуре наружного воздуха. Этот способ регулирования называется “по возмущению”.

Индивидуальное автоматическое регулирование по температуре внутреннего воздуха при отклонении её от заданного уровня – регулирование “по от клонению”.

Для индивидуального автоматического регулирования применяются регуляторы температуры РТ.

Р Т

Прямого действия

Косвенного действия

См. дисциплину “Автоматика систем

ТГСиВ”

Для индивидуального и ручного регулирования применяются краны и вентили. Наиболее эффективно они работают, если доля отключаемой площади прибора для конвектора и - для бетонной панели.

Конструкцию регулировочного крана выбирают в зависимости от системы водяного отопления.

Двухтрубная система водяного отопления:

Требования:

1. Краны имеют повышенное гидравлическое сопротивление:

2. Допускают проведение монтажно-наладочного (первичного) и эксплуатационного (вторичного) регулирования.

Однотрубная система водяного отопления:

Краны гидравлического регулирования (КРП, кран регулирующий -ходовой) должны иметь незначительное гидравлическое сопротивление. Не имеют приспособлений для первичного регулирования, но пригодны для вторичного эксплуатационного регулирования. Конвектор имеет воздушный клапан регулирования по воздуху.

Достоинство:

Р егулирование теплоотдачи от отопительного прибора тем эффективнее и быстрее отражается на температуре внутреннего воздуха в помещении, чем меньше масса теплоносителя в приборе и масса самих приборов.

Система воздушного отопления может быть:

а) по способу создания циркуляции воздуха:

- с естественной циркуляцией;

- с механической.

б) – местная;

- центральная.

Воздушное отопление – низкотемпературное, t_max= 60 ⁰C.

Схемы Iа, Iб, IIа – теплозатраты на нагрев воздуха определяются теплопотерями помещения.

Схемы Iв, IIб (частичная рециркуляция) – теплозатраты возрастают из-за предварительного нагрева части воздуха от t_ндо t_в.

Схемы Iг, IIв (прямоточные) – теплозатраты максимальные, т.к. необходимо весь воздух нагреть сначала от t_ндо t_в, а потом перегреть до t_г (тепловая энергия расходуется на отопление и полную вентиляцию помещения).

Количество аккумулируемой воздухом теплоты равно максимальной теплопотребности помещения для поддержания расчетной t_в.

, (8.1)

, (8.2)

где с = 1,005 .

Объём подаваемого воздуха:

, (8.3)

L_от отличается от воздухообмена в помещении.

Температура воздуха должна быть как можно более высокой. Правилами гигиены установлен определённый предел:

(8.4)

иначе воздух теряет свои свойства как среда, вдыхаемая людьми.

- способа подачи воздуха из воздухораспределителя: воздух подаётся

вертикально – сверху вниз, наклонно, горизонтально в верхнюю

зону или рабочую зону (25 ⁰С).

Исключение – ВТЗ – воздушно-тепловые завесы.

=50 ⁰С – для завес у наружных входных дверей,

= 70 ⁰С – для наружных ворот и технологических проёмов.

Для систем отопления, совмещённых с системой вентиляции ( с частичной рециркуляцией и прямоточной):

1) Если G_от G_вент, то принимают G_от и , а систему вентиляции принимают прямоточной или с частичной рециркуляцией.

2) Если G_от< G_вент, то принимают G_вент, система прямоточная, а

, (8.5)

Если в помещении есть тепловыделения, то G_от , .

При централизованной системе воздушного отопления - var для различных помещений. Возможно во все помещения подавать воздух с =const, которая будет равна , а потом пересчитать количество подаваемого воздуха, т.е для уточнения воздухообмена определить теплозатраты на нагрев воздуха:

а) для рециркуляционной системы:

, (8.6)

б) для частично рециркуляционной системы:

, (8.7)

в) для прямоточной системы:

, (8.8)

Достоинства и недостатки:

Рециркуляционная система отопления:

- дешёвая,

- применяется, если возможна рециркуляция,

- Па на 1 м высоты канала.

С частичной рециркуляцией:

- устраивается с механическим побуждением движением воздуха;

- более гибкая,

- схема может работать в трёх режимах: отопительно-вентиляционная, чисто вентиляционная и чисто отопительная.

Всё зависит от того, в каком количестве (G_н) забирается воздух и до какой температуры (t_г) он нагревается.

Прямоточная:

- применяется во взрывоопасных и вредных производствах,

- идёт полная вентиляция помещения.

Для уменьшения теплозатрат применяется схема с рекуперацией, где есть дополнительный теплообменник.

В приборах выделяется теплота фазового превращения в результате конденсации пара. Конденсат удаляется из приборов и возвращается в паровые котлы.

а) по способу возвращения конденсата:

1- паровой котёл с паросборником;

2-паропровод;

3-отопительный прибор

4-самотечный конденсатопровод;

5-воздуховыпускающая труба;

6-напорный конденсатопровод;

Конденсат непрерывно поступает в котел под действием разности давлений, выраженной столбом конденсата h и давлением пара в котле. Поэтому отопительные приборы должны находится достаточно высоко над паросборником котла.

7- конденсатный бак;

8-конденсатный насос;

9-парораспределительный коллектор.

Конденсат из отопительных приборов непрерывно поступает в конденсационный бак и по мере накопления периодически перекачивается насосом в котлы на ТС(тепловой станции). Расположение бака доложно обеспечивать стекание конденсата из нижнего отопительного прибора в бак. Давление пара в котлах преодолевается давлением насоса.

б) в зависимости от давления пара:

p_атм=0,1 МПа

Система отопления	Абсолютное давление, МПа	t,⁰C	Удельная теплота конденсации, ч
1. Субатмосферная	<0,1	<100	>2260
2. Вакуум-паровая	<0,11	<100	>2260
3. Низкого давления	0,105-0,17	100-115	2260-2220
4.Высокого давления	0,17-0,27	115-130	2220-2175

Примечание:

1) Максимальное давление пара ограничено допустимым пределом длительно поддерживаемой температуры на поверхности труб и отопительных приборов в помещении.

2) В системах 1 и 2 давление в приборах меньше атмосферного и температура пара меньше 100 ⁰С.

Трубопроводы

Паропроводы

Конденсатопроводы

напорные

самотечные

Преимущественно используют двухтрубные системы отопления.

Системы высокого давления – в первой половине 19 в.

Системы низкого давления – с середины 19 в.

В настоящее время применяются редко.

Разводка паропроводов в зависимости от места их прокладки относительно отопительных приборов может быть: верхняя, средняя и нижняя. Магистральные паропроводы и конденсатопроводы могут быть с тупиковым или попутным движением теплоносителя.

Перед пуском система заполняется водой до сечения I-I. После нагрева воды в котле до температуры кипения образуется пар, который собирается в паросборнике. Давление пара р_п определяет высоту h, на которую поднимается вода.

, (9.1)

где - удельный вес конденсата.

, (9.2)

Высота столба воды (h) создаёт гидростатическое давление, которое уравновешивается давлением пара в котле.

Высота столба воды должна быть больше h на 250мм, чтобы преодолеть сопротивление движению конденсата по "мокрому" конденсатопроводу до котла. По сухому конденсатопроводу над стекающим под уклоном конденсатом перемещается воздух. В самой нижней точке воздух удаляется в атмосферу по воздушной трубке (воздух тяжелее чем пар).

Для защиты системы от повышения давления пара сверх расчётного используется простое, надёжное, автоматически действующее предохранительное устройство – гидравлический затвор, который снабжён дополнительным бачком для сбора выбрасываемой паром воды и выпуском лишнего пара в атмосферу. Бесшумная работа системы обеспечивается при верхней разводке, т.к. конденсат перемещается в направлении движения пара.

При средней разводке конденсат стекает в средние приборы. Попутный конденсат увлекается паром в верхние приборы, из-за чего образуются щелчки, треск, гидравлические удары.

В системе с нижней разводкой необходимо предусмотреть отведение попутного конденсата через гидравлические затворы в конце паропровода. Пар поднимается на высоту 2 этажей.

При мокром конденсатопроводе добавить кран для выпуска воздуха.

1- водоотделитель – для осушки пара, т.е отделение попутного конденсата, поступившего в наружный паропровод;

2 – редукционный клапан – для понижения давления и поддержания его на заданном уровне;

3 – предохранительный клапан;

4 – коллекторы;

5 – паровые вентили;

6 – конденсатоотводчики;

7 – конденсатный бак (открытый или закрытый);

8 – воздушная трубка;

9 – конденсатный насос.

В системах высокого давления в напорных конденсатопроводах появляется пар вторичного вскипания, который образуется при кипении высокотемпературного конденсата после понижения давления в конденсатоотводчиках.

Использование открытых баков в этом случае привело бы к дополнительным теплопотерям с паром вторичного вскипания, уходящим в атмосферу (10-15%). Д ля уменьшения теплопотерь в системах высокого давления применяют закрытые баки.

- водоотделитель,

- редукционный клапан,

- конденсатоотводчик,

- конденсатный бак,

- бак – сепаратор,

- дроссельные диафрагмы (шайбы),

- предохранительный клапан, конденсатный насос.

Применяются в США для отопления высотных зданий.

а) вакуум – паровая система отопления:

Пар до отопительных приборов движется под избыточным давлением р в котлах (0,005-0,1 МПа). Затем пар из прибора и конденсат перемещаются под влиянием пониженного давления, создаваемого специальным вакуумным насосом. Изменяя величину вакуума с помощью насоса, откачивающего из системы конденсат и воздух, можно регулировать температуру пара в отопительных приборах. Если это делать в зависимости от температуры наружного воздуха, то теплоотдача отопительных приборов может в течение длительного времени соответствовать теплопотерям помещения.

Температуру пара принято изменять в пределах от 90 до 60 ⁰С.

б) субатмосферная система отопления:

Под влиянием разряжения, создаваемого вакуум-насосом, теплоноситель перемещается по паро- и конденсатопроводам. В системе отопления происходит качественное и количественное регулирование, одновременно изменяется и температура и количество пара.

Гидравлическое давление в каждой точке замкнутых циркуляционных колец систем отопления непрерывно изменяется, т.к. плотность воды – величина непостоянная, поэтому циркуляционное давление , в течение отопительного сезона. Исходное значение давления соответствует гидростатическому давлению в каждой точке системы в состоянии покоя.

Наибольшее изменение давления в системе отопления происходит при циркуляции, , . Сравнивая крайние значения при этих двух гидравлических режимах, можно судить о динамике давления в каждой точке системы отопления в течение отопительного периода.

Цель всех этих исследований: изменение гидравлического давления рассматривают для выявления в системе отопления мест с очень низким или высоким давлением, вызывающим нарушение циркуляции воды или разрушение отдельных элементов.

На этой основе предусматриваются мероприятия, обеспечивающие нормальное действие системы отопления в течение отопительного сезона.

При установившемся движении потока воды полное давление по уравнению Бернулли имеем:

, (3.1)

где - кинетическая энергия движения потока воды, которая

измеряется гидростатическим давлением.

м/с; Па

- потенциальная энергия потока воды, которая складывается из энергии положения потока ( ) и энергии давления (р) в потоке.

h – вертикальное расстояние от оси потока воды до плоскости сравнения.

В каком – либо сечении потока воды энергия положения зависит от расположения этого сечения по отношению к плоскости сравнения. За плоскость сравнения принимается свободная поверхность воды в открытом расширительном баке системы отопления, на которую действует атмосферное давление. При этом принимается, что уровень воды остается неизменным. Тогда в каждом сечении потока воды будет определяться гидростатическое давление положения как избыточное и пропорциональное вертикальному расстоянию h (высота столба воды в состоянии покоя).

Р – энергия давления –определяется пьезометрической высотой, на которую может подняться вода над рассматриваемым сечением потока.

В рассматриваемой системе отопления энергия давления рассматривается как гидростатическое давление в каждом сечении теплопроводов, вызывающее циркуляцию воды.

Гидростатическое давление в вертикальной трубе при изменении потока только на 1м возрастает или убывает на

Па

Гидростатическое давление по высоте системы отопления одноэтажного здания больше максимально возможного гидростатического давления.

Чтобы охарактеризовать изменение гидравлического давления в системе отопления необходимо учитывать изменение только гидростатического давления ( ), приближенно считая его равным полному, т.е. изменение гидродинамического давления не учитывается.

Рисунок 3.1 – Изменение давления по ходу потока воды в горизонтальной трубе

В горизонтальной трубе при движении воды происходит изменение давления в потоке вследствие потерь давления на трение. Т.к. , что видно на рисунке 3.1, то гидростатическое давление положения, составляет . При движении воды с от сечения 1 до сечения 2 давление в сечении 1 понижается до . Разность давлений равна потерям давления на трение . В горизонтальной трубе гидростатическое давление понижается в направлении движения воды.

Изменение гидростатического давления происходит из–за:

- потерь давления на трение;

- вследствие изменения положения сечения потока по отношению к

свободной поверхности воды.

, (3.2)

Рисунок 3.2 – Изменение гидростатического давления в вертикальной трубе при движении воды сверху вниз

Несмотря на потери давления на трение, которые равны , общее гидростатическое давление возрастает в сечении 2, т.е.

> , (3.3)

Из практики известно, что в вертикальных трубах систем отопления давление положения изменяется сильнее, чем давление в потоке, связанное с потерями.

Вывод:

В вертикальных трубах систем отопления при движении воды сверху вниз гидростатическое давление возрастает.

Рисунок 3.3 - Изменение гидростатического давления в вертикальной трубе при движении воды снизу вверх

Гидростатическое давление снижается за счёт уменьшения вертикального расстояния от до в сечении потока от свободной поверхности воды и потерь давления на трение ( ).

< , (3.4)

Вывод:

В вертикальных трубах при движении воды снизу вверх происходит наибольшее падение гидростатического давления.

1. За плоскость отсчёта принимается свободная поверхность воды в расширительном баке при определении избыточного гидростатического давления.

2. Принимается уровень воды в баке неизменным при определённом объёме и температуре горячей воды в системе отопления.

3. Тогда в потоке воды в каждой точке системы отопления можно определить избыточное гидростатическое давление в зависимости от высоты столба воды, расположенного на рассматриваемом сечении.

Рисунок 3.4 – Эпюра гидростатического давления в системе отопления с не нагреваемой водой, находящейся в состоянии покоя

- линии изменения давления (пьезометрические линии);

- замкнутый контур системы отопления.

Избыточное гидростатическое давление в теплопроводах одинаково на всём рассматриваемом уровне.

Уровень I-I: гидростатическое давление , где - высота столба воды над уровнем I-I.

В верхней магистрали CD наибольшее гидростатическое давление равно -наименьшему, а в обратной магистрали AB давление наибольшее - .

- линия избыточного гидростатического давления в системе отопления, которое определяется прямой зависимостью от высоты столба воды h (пьезометрическая линия).

Совокупность пьезометрических линий – это эпюра гидростатического давления в статическом режиме.

В вертикальных трубах давление убывает по высоте вследствие уменьшения столба воды.

Вывод:

В вертикальных системах отопления с открытым расширительным баком с не нагреваемой водой при бездействии насоса избыточное гидростатическое давление одинаково на всём рассматриваемом уровне системы отопления.

Рисунок 3.5 – Эпюра гидростатического давления в системе отопления с нагреваемой водой при бездействии насоса

Ц.Н – центр нагрева;

Ц.О – центр охлаждения.

В вертикальных системах отопления при неравномерном распределении плотности воды возникает неуравновешенность гидростатического давления в стояках. В результате имеет место естественная циркуляция воды.

1. Предположим, что вода в системе отопления неподвижна.

Максимальное гидростатическое давление в т. В равно:

, (3.5)

Т.к. , то гидростатическое давление в правом стояке при отсутствии циркуляции будет больше, чем в левом.

- эпюра гидростатического давления в статическом режиме.

Различие в значениях гидростатического давления, вызывающего циркуляцию воды по направлению часовой стрелки выражает естественное гравитационное давление:

, (3.6)

где - вертикальное расстояние между центром нагрева и центром охлаждения или высота двух столбов воды (нагретого или охлаждённого).

Выводы:

1. Естественное циркуляционное давление возникает вследствие различия значений гидростатического давления двух столбов воды (нагретого и охлаждённого).

2. Величина естественного циркуляционного давления не зависит от высоты расположения расширительного бака ( ).

3. В общем виде естественное циркуляционное давление в замкнутом кольце системы отопления равно:

, (3.7)

где

4. Под влиянием в замкнутом кольце системы отопления возникает циркуляция воды, при которой давление , вызывающее циркуляцию воды, равно потерям давления при движении воды в системе отопления( ):

, (3.8)

5. Гидравлическое давление в точке присоединения трубы расширительного бака к магистрали, равное при постоянном объёме воды в системе отопления, не может изменяться.

при (3.9)

где т. О- нейтральная точка(точка постоянного давления).

Во всех остальных точках трубопроводов системы отопления

гидростатическое давление при циркуляции воды изменяется вследствие попутной потери давления. Перед т. О оно возрастает, если считать по направлению движения воды, а после т. О – снижается.

Таким образом, при циркуляции воды в замкнутом контуре гравитационной системы отопления гидростатическое давление изменяется во всех точках, кроме нейтральной точки О.

Рисунок 3.6 - Эпюра гидростатического давления в системе отопления с нагреваемой водой при действии насоса

Ограничения:

1. Уровень воды в расширительном баке не изменяется.

2. Объём воды в системе отопления постоянный.

3. Насос работает равномерно.

Насос усиливает циркуляцию воды, нагнетая воду в трубы с одной стороны и всасывая с другой стороны.

До т. О насос, создавая компрессию, нагнетает воду. После т. О, вызывая разряжение, воду всасывает. Трубы находятся в зоне нагнетания от насоса до т. О и в зоне всасывания – от т. О до насоса.

а) Статический режим:

, т.к.

На гидростатическое давление в т. О не влияет давление, создаваемое насосом, так как оно в этой точке равно нулю, то есть в нейтральной точке давление, создаваемое насосом, меняет знак.

б) Динамический режим:

2. - это зона нагнетания насоса, гидростатическое давление за счёт компрессии насоса увеличивается во всех точках.

Гидростатическое давление снижается во всех точках в результате разряжения, вызываемого насосом.

Выводы:

1. При циркуляции воды в системе отопления гидростатическое давление изменяется во всех точках кроме т. “O”.

2. Общая потеря давления в системе отопления:

, (3.10)

где - потери давления в зоне нагнетания;

- потери давления в зоне всасывания.

С другой стороны:

, (3.11)

на

Если приравнять уравнения (3.10) и (3.11), получим, что

, (3.12)

Таким образом, общее насосное и гравитационное циркуляционное давление при установившемся движении воды будет затрачиваться без остатка на преодоление сопротивления движения воды в зонах нагнетания и всасывания.

3. Изменение гидростатического давления, связанное с потерей давления при циркуляции воды в системе отопления:

а) увеличение давления в любой точке “i” в зоне нагнетания насоса равно потерям давления в трубах от рассматриваемой точки до точки О.

, (3.13)

б) уменьшение давления в любой точке “i” в зоне всасывания насоса равно потерям давления в трубах от точки О до рассматриваемой точки “i”.

, (3.14)

где - вертикальное расстояние (высота столба воды) от рассматриваемой точки до уровня воды в расширительном баке.

______________

Таким образом, при конструировании системы отопления необходимо:

а) в зоне нагнетания насоса учитывать повышение гидростатического давления по сравнению с давлением воды в состоянии покоя.

б) в зоне всасывания насоса необходимо учитывать понижение давления. При этом возможен вариант, когда гидростатическое давление снижается до

атмосферного и даже может возникнуть разряжение.

При разряжении возможно:

- парообразование при температуре 90…100 , если ;

- подсос воздуха из атмосферы при t< 90 - через резьбовые соединения и арматуру.

Во избежание нарушения циркуляции из-за вскипания воды или подсоса воздуха при конструировании систем отопления необходимо соблюдать следующее правило:

В зоне всасывания в каждой точке “i” системы отопления гидростатическое давление должно быть избыточным, т.е. , а для этого должно выполняться неравенство:

, (3.15)

Возможны три способа выполнения этого правила:

1. Поднять расширительный бак на достаточную высоту (рис. 3.7).

2. Переместить расширительный бак к наиболее опасной верхней точке, чтобы включить верхнюю магистраль в зону нагнетания (рис. 3.8).

3. Присоединить расширительный бак вблизи всасывающего патрубка насоса (рис. 3.9).

А:

Возможно, если здание имеет

повышенную часть, где может быть

рас расположен расширительный бак.

Применяется в отдельных случаях

Рисунок 3.7

Б :

Рисунок 3.8

Применяется в системах отопления с опрокинутой циркуляцией.

Расширительный бак расположен в высшей точке обратной магистрали над главным обратным стояком. Вся верхняя обратная магистраль находится в зоне нагнетания. Зона всасывания охватывает главный обратный стояк и нижнюю часть обратной магистрали до насоса.

Гидростатическое давление в обратном стояке будет больше при значительной потере давления.

В озможно применение в неразветвлённой системе отопления с верхней подающей магистралью. В разветвлённой системе отопления не применяется.

Наиболее широко используется, т.к. исключает возможность нарушения циркуляции.

Точка “O” расположена в обратной магистрали и является общей для всех циркуляционных колец.

В зоне нагнетания – max давление, которое распространяется на всю систему отопления (и на наиболее высокорасположенных и удалённые от

В:

Рисунок 3.9

насоса трубы, опасные в отношении вскипания воды).

Зона всасывания – минимальная (гидростатическое давление достаточно большое в состоянии покоя).

В ыводы:

1. В каждом циркуляционном кольце системы отопления существует только одна точка постоянного давления, в которой зона нагнетания сменяется зоной всасывания.

2. В зоне нагнетания, т.е до т. “O”, по направлению движения воды, гидростатическое давление увеличивается по сравнению с давлением в состоянии покоя, а в зоне всасывания , т.е. после т. “O” - уменьшается.

3. Т. “O” может быть единственной для всей системы отопления, если расширительный бак подключен к общей подающей или обратной магистрали (т. О. принадлежит всем циркуляционным кольцам системы отопления).

Примечание:

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

Точка Д принимается за точку постоянного давления .

Условия построения:

1. Статический режим: не задано, поэтому принимают м. вод. ст. при и р = 0,01МПа. Если р = 0,04 МПа.

МПа

является исходным давлением для построения пьезометрических линий в динамическом режиме.

Гидростатическое давление в системе отопления, непосредственно присоединённой к тепловым сетям, должно быть достаточным для:

- заполнения системы отопления водой;

- для создания избыточного давления ( ) в наиболее высокой точке системы отопления, чтобы надёжно удалять воздух из системы отопления при и предотвращения вскипания воды при .