15. 2 Горизонтальная устойчивость водяной системы отопления

Широко распространенная методика гидравлического расчета трубопроводов системы водяного отопления, рассмотренная в главе «Гравитационные двухтрубные системы отопления», сводится к подбору диаметров трубопроводов отдельных циркуляционных контуров таким образом, чтобы их гидравлические сопротивления были равны. Устранять неувязку рекомендуется путем замены диаметра труб отдельных участков с расчетом увеличения или уменьшения сопротивления данного контура, приближения тем самым величины его сопротивления к сопротивлению другого или данного контура. Такая методика приводит к тому, что сопротивление магистралей составляет большую часть сопротивления циркуляционного контура порядка 80-90%, а сопротивление стояков и нагревательных приборов – 10-20%. Пьезометрический график подобной системы представлен рис. 15.2. Точно увязать сопротивление отдельных циркуляционных контуров между собой невозможно, так как диаметр труб изменяется через значительные интервалы:15, 20, 25мм и т.д.

Оставшуюся неувязку рекомендуется погасить дополнительным местным сопротивлением – краном двойной регулировки. Однако практически это не выполнимо, та как сопротивление крана величина неопределенная (нерасчетная) и переменная – кран находится в распоряжении потребителя, который вносит свои коррективы.

Как правило, контуры приборов, расположенные ближе к генератору тепловой энергии, имеют меньшее сопротивление, чем контуры приборов более удаленных, что и ведет к горизонтальной неустойчивости. Положение усугубляется и таким обстоятельством: изменение сопротивления отдельных контуров за счет бытовой регулировки значительно меняет сопротивление циркуляционного контура в целом. Следовательно, в самой методике увязки сопротивлений циркуляционных контуров путем подбора диаметров труб, то есть уравновешиванием их линейных сопротивлений, заложены причины, вызывающие горизонтальную неустойчивость системы отопления.

Необходимые условия для горизонтальной гидравлической устойчивости могут быть созданы в том случае, если диаметры магистралей будут очень большие, а стояков маленькие, что математически можно выразить отношением:

 (15.1)

где сопротивление магистралей ∑(R+Z)магистрали0.

В этом случае сопротивление контуров будет равно сопротивлению стояков. Чтобы обеспечить горизонтальную устойчивость, достаточно уравновесить сопротивления стояков.

Р ис. 15.2 Пьезометрические графики

А – тупиковая при сопротивлении стояков 13% и магистралей 87%; б – тупиковая при сопротивлении стояков 95% и магистралей 5% от общего сопротивления системы

Из сказанного следует; 1)для создания условий, обеспечивающих горизонтальную устойчивость системы, необходимо резко уменьшить сопротивление магистралей и увеличить сопротивление приборов и стояков, а неувязку, полученную между сопротивлениями контуров, погасить рассчитанной величиной местного сопротивления; 2) горизонтальная устойчивость определяется не абсолютными величинами диаметров и сопротивлений магистралей и стояков, а их отношением; 3) увязку необходимо производить местными сопротивлениями, а не линейными, это позволит обеспечить независимость горизонтальной устойчивости системы от изменения температуры воды.

Чем меньше сопротивление магистралей и чем больше сопротивление стояков и приборов, тем горизонтальная неустойчивость меньше. Опыт показывает, что необходимо обеспечить следующие соотношения гидравлических сопротивлений эле­ментов системы отопления:

(R+Z)магистралей<0,05[(R+Z)ст+Zпр] (15.2)

Zпр≥4R (15.3)

Оптимальное распределение сопротивлений системы должно составить:

магистралей до 5% →

стояка до 15% →

прибора с шайбой > 80—95%'

Например, общее сопротивление бифилярной системы па­нельного отопления дома серии 1—464А—15 равно 1600мм вод. ст. Сопротивление магистралей (подающей и обратной) — 100,2мм вод. ст., то есть

Таким образом, система является гидравлически устойчивой и горизонтальной неравномерности при значительных изменениях расхода воды не подвергается.

Приведенные соображения позволяют сделать вывод о том, что гидравлическую устойчивость системы можно характеризовать отношением сопротивления нагревательных элементов— стояков к сопротивлению подающей и обратной магистралей.

Это отношение—безразмерное число—следует назвать критерием гидравлической устойчивости систе­мы отопления.

Математически критерий гидравлической устойчивости вы­ражается формулой:

(15.4)

где Г—критерий гидравлической устойчи­вости;

p1—р2 = (R+Z)приб.—сопротивление нагревательного элемента прибора;

∑∆p1 = (R+Z)под. маг.—сопротивление подающей магистрали;

∑∆p2 = (R+Z)обр. маг.—сопротивление обратной магистрали.

Критерий гидравлической устойчивости системы, приведен­ной на рис. 15.2, б, составит:

На основании натурных испытаний и анализа расчетов, проведенных кафедрой ТГСиВ Челябинского политехнического института, можно сделать выводы:

1. Системы, имеющие критерий гидравлической устойчивости" Г == 20 и более, следует считать устойчивыми, то есть такими, которые позволяют производить глубокое количественное управление мощностью приборов системы.

2. Горизонтальные системы легче выполнять с Г > 20, чем вертикальные. С увеличением длины здания (протяженности системы) p1—p2 увеличивается в горизонтальной системе боль­ше, чем ∑∆p1+∑∆p2 и Г возрастает, а у вертикальных систем с увеличением длины здания p1—p2 повышается меньше, чем величина ∑∆p1+∑∆p2, и критерий гидравлической устойчивос­ти уменьшается. Следовательно, для автоматически управляе­мых систем отопления, основанных на количественном управле­нии, предпочтительнее применять горизонтальные системы.

3. В системах отопления, гидравлически устойчивых, оптимальные размеры диаметров труб магистралей и стояков достигаются при заданном сопротивлении нагревательных элементов, стояков p1—р2 в пределах от 4000 до 8000мм вод. ст. в зависи­мости от протяженности системы.

Конструктивно оформить магистрали с небольшим относительным гидравлическим сопротивлением целесообразно путем выполнения всех их из труб одного диаметра, что, кроме того, обеспечивает системе высокую технологичность.

Гидравлическую устойчивость системы отопления, исключающую горизонтальную неустойчивость, можно на основании изложенного обеспечить за счет введения перед прибором в двух­трубной системе и в стояке однотрубной системы расчетного местного сопротивления. Это сопротивление конструктивно выполняется в виде шайбы с калиброванным отверстием. 0на может быть установлена в корпусе вентиля — кране АКХ (кран В. К. Дюскина).

На рис 15.3 изображена одна из конструкций для шайбирования, промывки и удаления воздуха из стояка, разработанная институтом «Челябинскгражданпроект».

Массовый опыт эксплуатации системы отопления с шайбами на стояках (дом в г. Челябинске, по ул. Овчинникова, № 13 и другие) в сопоставлении с домами, где системы не шайбированы (дом № 15 на той же улице и другие), показал надежность шайбирования стояков для устранения горизонтальной неустойчивости.

На горизонтальную неустойчивость может оказать влияние остывание воды в магистралях. При недостаточной теплоизоляции подающих магистралей вода охлаждается, и в стояки, наиболее удаленные, она поступает с более низкой температурой,

Р ис. 15.3. Общий вид узла управления стояком с калиброванным отверстием в корпусе из газовой трубы конструкции института «Челябинскгражданпроект»:

1 — магистральный трубопровод охлажденной воды; 2 — вентиль для отключения стояка; 3—вентиль для пуска стояка в зимних условиях, удаления воздуха и грязи в период эксплуатации; 4—калиброванное отверстие; 5 — стояк охлажденной воды; 6 — трубопровод с пробкой для циркуляции воды в пусковой период. После пуска демонтируется

чем в предыдущие. Как следствие, приборы, наиболее удаленные от генератора, могут за счет пониженной температуры воды иметь меньшую тепловую мощность.

В подающей магистрали, проложенной под полом первого этажа, остывание воды меньшее и расстояние по циркуляционному контуру до наиболее удаленных приборов, в сравнении с верхней разводящей магистралью, сокращается. При всех равных условиях предпочтение следует отдавать нижней прокладке подающей магистрали и выполнять ее усиленную теплоизоляцию.