книги / Отопление и вентиляция. Отопление

Коэффициент

затекания

будет

для этого

случая гораздо

меньший, чем для

однотрубной системы

с

нормальной цир­

куляцией.

циркуляционных

колец приборов отдельных

Для расчета

этажей для

двухтрубного

стояка

может

быть использована

формула (63).

го

Приведем пример расчета двухтрубно­

стояка.

имеется

стояк (рис.

60)

Предположим

трехэтажного здания.

отдельных

эта­

Теплоотдача

приборов

жей одинаковая и равна 8400 кдж/час. Соз­

даваемая насосом разность давлений меж­

ду

нижней и верхней точкой стояка равна

2150 н/м2.

Расход воды через каждый нагрева­

тельный прибор

будет:

8400

„„

,

----------= 80 кг яас.

4,19-25

Длина кольца циркуляции любого из

приборов

равна:

3*3 + (1 +

1) +

1 =

12 м.

Если пренебречь охлаждением воды в

трубах,

то

гравитационное

давление для

отдельных

приборов составит:

1

этаж — 1 ■5 (7,0 — 79,) =1,5-155,9 = 234 н/м2;

И

«

«

(1,5 +

3 +

0,5-2) • (т70 - 79.-,)=

5.5-155,9

III

«

«

(1,5 + 3 +

=

857 «/ла;

0 ,5 -2 + 3 + 0 ,5 -2 ).(т,0 —

-

795) =

9,5-155,9 =

1477 н/м*.

Таким образом, давление, под действием которого вода будет проходить через отдельные нагревательные приборы, будет равно:

I этаж -		2150 -	234= 1916 н1м *
II	« «	2150 —	857 =	1293	«
III	«	« 2150 - 1477 =		673	«

Легко видеть, что самым невыгодным будет являться прибор 3-го этажа (самый верхний, а не самый нижний, как это имело место в системах с нормальной циркуляцией).

Данные вносим в. расчетную табл. 34.

Так как сопротивление протеканию воды от точки 1 до точки 6 при одинаковых расходах практически одинаково, то получим следующие невязки в давлениях:

путь воды через			прибор У—		1916—715 =	+	120,1	и/М2,
*	«	«	«	II *	1293—715=	+	578	«
«	•	«	*	111 *	673- 7 1 5 = -		42	«

Е-218.-11

161

Таблица 34

	№			/	4		Ri			ЕС	z	R ,l + Z	R J + Z
	участка	Q	о			d ,		R ii	H w			при d t	при d,
	1-2	25200	240	1	ги		33	33	18	4,5	81	114
	2-3	16800	160	3.5	V*		63	220	23	1	23	253	42
	3-5	8400	80	5,5	V*	зи	18	99	6,9	10	69	168
	5-6		240	3	• и		33	99	18	4,5	81	180
	2-4						18	99			И т о г о	715
			80	5,5	*/»				6,9	10	69	168
	4-5		160	3,5	Vi		63	220	23	1	23	253
	3-4		80	2	‘/2		18	36	6,9	9	62	98

Для получения нужной увязки можно идти двумя путями: или увеличить диаметр индивидуального участка 3-5 кольца циркуляции прибора УУУ и задросселировать краны при при­ борах У и УУ, или прибегнуть к методу скользящих перепадов.

К сожалению, применять последний метод расчета весьма затруднительно. Действительно, чтобы решить вопрос о пере­ распределении расходов, потребуется решить следующую систему уравнений:

( —	V		0'"	У		Ш	168+	( г Ч а г - У 285+
	+	(	- ' + ° ^ + ° '"			У	180= 1916 «/.«’;
(	^	^	.	у	1 1	4	+ № ;	235 + (	^ 98+
+			+		( - ° ' + й > + 0 "'			У 180=	ш з
( J t ± a ± 2 e . у 1 1 4 + № ) ^								+ ( ^ у 16 8 +
			+ ( —				1 8 0 _ 6 7 3 я / л ,
Поэтому для прибора УУУможно ограничиться следующим
ориентировочным				расчетом. Изменим				диаметр	участка 3-5

с 1/2" на 3/4". Тогда сопротивление его уменьшится и станет

равным 42. Таким	образом, сопротивление пути от точки 1
до точки 2 через прибор /У/ станет равным:
715 -	168 + 42 = 589 < 673 «/ж2.

162

Из приведенного примера видно, что при перевернутой церкуляции недогрева приборов нижних этажей и перегрева приборов верхних этажей не может происходить. Как показы­ вает практика, прогрев всех приборов получается значительно более равномерный, чем при нормальной циркуляции. Однако, как уже отмечалось, в системах с опрокинутой циркуляцией при наличии котельной, воздух не выходит из котла по корот­

кому пути, т. е. через	подъемный стояк и ближайший вантуз,
а проходит по более	длинному пути через приборы, часто
задерживаясь в ответвлениях к приборам.		отопления с искус­
Подбор насоса для системы водяного
ственной циркуляцией делается следующим образом.
Предположим, что	максимальная потеря давления в отопи­
тельной сети (для самого невыгодного		кольца циркуляции)

равна 5 н/м2. Минимальное гравитационное давление от осты­ вания воды в приборах и трубах (если таковое учитывалось) пусть будет равно Р н/м'2. Тогда разность давлений, которую должен развивать насос, будет равна:

Рв — Si»акс Я г .

(6 5 )

Если известно максимальное количество воды, перемещае­ мое по системе отопления, то по таблицам или графикам, которые даются для насосов заводами-изготовителями, под­ бирают насос, наиболее подходящий как по производитель­

ности, так и по развиваемому		им давлению (напору). В таб­
лицах и графиках	обычно приводятся		данные и о величине
т, — коэффициенте	полезного действия		насоса.
Так как табличные данные		обычно	не содержат требую­

щейся комбинации расхода О и давления Р, то следует иметь

ввиду, что изменяя число оборотов насоса п, можно изменять

ипроизводительность и давление.

С достаточной для практики точностью можно принять:

П

(66)

В данном выражении индекс «т» означает, что данная величина взята из таблицы заводских данных.

Подобрав насос и узнав его коэффициент полезного дей­ ствия, молено определить необходимую мощность мотора:

	GPa		(67)
	3600-102ir,V n
			’
	где G —производительность насоса,		кг/нас\
	Р — давление, развиваемое	насосом в м вод. cm. (1 м
	вод. cm. эквивалентен	9810 н/м2)-,
	у — к. п. д. насоса;

?1р.п — к. п. д. ременной передачи;

а — коэффициент запаса,				принимаемого в зависимости
	от мощности электродвигателя					(ориентировочной)
	согласно	табл. 35.		Т а б л и ц а 35
	N	0.5	0 ,5 -1	1 - 2	2 - 5	5
	а	1.5	1,3	1,2	1,15	1,1
Для упрощения эксплуатации следует стремиться избегать
ременной	передачи	и устанавливать насос на одном валу
с электромотором.		Это возможно лишь тогда, когда числа
оборотов	насоса и мотора		совпадают. При обычном перемен­

ном токе в 50 периодов теоретическое число оборотов мотора может быть: 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500.

Фактическое число оборотов примерно на 4% меньше. Приведенные примеры показывают достаточную трудоем­

кость расчета систем отопления в силу необходимости поль­ зоваться методом подыскания, когда приходится заранее задаваться определенными величинами, а затем путем расчета проверять, насколько эти величины превращают все расчет­ ные уравнения в тождества. Следует полагать, что примене­ ние счетно-решающих машин позволит сделать нахождение правильного решения достаточно простым.

В настоящее время для упрощения расчетов пользуются многочисленными методами, предложенными отдельными специалистами, например Г. В. Жеравовым, П. Н. Каменевым, Б. Н. Лобаевым и др. Так как любой из методов расчета исходит из разных упрощающих расчет предпосылок, трудно говорить о предпочтительности того или иного метода.

Как. правило, различные таблицы и номограммы, составлен­ ные различными авторами, с одной стороны облегчают труд проектировщика, а с другой стороны затемняют физическую сущность расчета. Поэтому в данном учебнике таковые таб­ лицы и номограммы не приводятся, так как любой специалист,

усвоивший метод расчета по данному		учебнику и поняв его
физическую сущность, может	рассчитать любую систему,
а если захочет воспользоваться	каким-либо упрощенным ме­
тодом, то сможет в нем разобраться		по соответствующим
литературным источникам.

§ 20. РАЙОННЫЕ СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Применение насосов сделало радиус действия систем водяного отопления почти неограниченным. Вследствие этого появилась возможность отапливать несколько зданий от одной котельной.

164

С развитием теплофикации появились установки по снаб­ жению горячей водой для целей отопления целых кварталов и районов города. На рис. 61 схематически изображен в плане комплекс зданий, отапливаемых насосно-водяной системой от одной котельной. Насосы, расположенные в котельной,

	Рис. 61
заставляют воду циркулировать по внешней сети			трубопро­
водов, расположенной снаружи зданий, равно как			и по вну­
тренним сетям зданий.	Расширительный сосуд располагают
в наивысшей точке отопительной системы,		т. е. на чердаке
самого высокого здания (или в котельной,		на высоте, превы­
шающей наивысшую отметку сети отопления в зданиях).
Для присоединения наружной сети к зданиям			предусма­
тривается перемычка	с установленными на ней, задвижками

1 и 2. Назначение такой перемычки заключается в следующем. При отключении какого-либо здания от наружной сети расход воды в остальных участках сети изменяется, равно как и сопротивления участков. Чтобы при включении здания гидрав­ лический режим наружной сети не менялся, воду, поступив­ шую ранее в систему отопления выключенного здания, застав­ ляют проходить через перемычку. Степень закрытия крана 2 регулируется с таким расчетом, чтобы сопротивление крана было равно сопротивлению сети здания. Кран 2 служит для выключения перемычки без нарушения регулировки^ крана 1.

Недостатком подобных систем отопления нескольких зда­ ний из одного центра является значительная стоимость труб, так как при стандартном перепаде температур 95—70° тре­ буется перемещать по сети большое количество воды. С целью уменьшения затрат на трубы стали применять для отоплениякомплексов зданий перегретую воду.

165

Действительно,	если подавать	для	отопления зданий воду
с температурой не	95°, а 120°,	то	ее понадобится	только
половинное количество( поскольку— — — — 0,5), в				2 раза

меньше. Однако применять перегретую воду следует так, чтобы температура поверхности нагревательных приборов не превы­ шала гигиенической нормы, принятой в обычных системах водяного отопления. Чтобы удовлетворить это условие был предложен ряд схем, наиболее характерные из которых при­ водятся ниже.

Схема с бойлером изображена на рис. 62.

Вместо котла в здании устанавливается теплообменник 7, через который с помощью насоса 2 циркулирует вода системы отопления здания. Внутри теплообменника имеется змеевик, по которому циркулирует перегретая вода из внешней сети. Перегретая вода отдает свое тепло воде системы отопления здания, нагревая ее до 95°. Само собой разумеется, что при

такой схеме		температура охлажденной воды, поступающей
из змеевика		в наружную	сеть, несколько выше 70° (обычно
около 80°).
Недостатком данной схемы является наличие, кроме насоса
в котельной,		еще и насосов в зданиях, а также необходимость
установки	теплообменников. Преимущество схемы в том, что
внутренняя	сеть зданий		полностью независима от наружной
сети.
Более простой и получившей значительное распростране­
ние является		схема с водоструйным элеватором (рис. 63).

166

В этом случае вместо теплообменника устанавливается элеватор (рис. 64), в сопло которого 1 подается перегретая вода по трубе 5. Смешиваясь с охлажденной водой, поступаю­ щей из внутренней сети в камеру элеватора 3, охлажденная вода, эжектируемая струей перегретой воды, попадает в во­

ронку 2 и диффузор ' 4, приобретая в результате перемеши­ вания с перегретой водой расчетную температуру (95°). Эле­ ватор, создавая значительную разность давлений в кольце 3

идиффузоре 4, служит одновременно и источником нагрева

ипобудителем движения (циркуляции) воды в системе отоп­ ления здания. Так как система отопления не в состоянии вместить в себя всей воды, поступающей для подмешивания, равновеликий последнему объем охлажденной веды вытес­ няется по трубе 6 в наружную сеть.

При данной схеме перемычка также необходима, как и в ранее рассмотренной.

Роль элеватора как нагревателя сводится к подмешиванию к обратной воде системы отопления здания такого количества воды, которое поддерживало бы в системе стандартный перепад температур (95—70°).

Обозначим количество воды, циркулирующее по трубе. 7 (рис. 63) через (7С, а количество подмешиваемой перегретой воды (7н . Тогда:

Величина а называется коэффициентом подмешивания. Так как количество тепла, поступающего с перегретой водой,

167

[ H l'T i

должно быть равно количеству тепла, отдаваемого приборами отопления здания, то

О	t" — 95	,
On (/; - 95) - Ос (95 - 70) или	— ,

откуда

где — температура перегретой воды.

Водоводяные элеваторы изго­ товляются заводским способом. Создаваемое ими полезное давлениео составляет нормально 10000 н:лг. Более подробные сведения об элеваторах излагаются в курсе «Теплофикация».

Помимо централизованного под­ мешивания перегретой водой в элеваторе или подачи ее в тепло­ обменник возможны и другие схе­ мы ее использования. В качестве примера приведем схему отопле­ ния, предложенную в 1951 г. инж.

Е.И. Чечиком (рис. 65). Конструктивной особенностью

данной схемы является то, что об­

	ратный	магистральный				трубопро­
	вод от стояков первой группы
	служит	горячей		магистралью для
	питания	стояков		второй		группы.
	Стояки,		входящие			в	первую
	группу,	смонтированы				по	одно­
	трубной	схеме		с	замыкающими
	участками у приборов, а стояки
	второй группы можно монтировать
	по любой однотрубной схеме с
	верхней	разводкой.			Кроме того,
Рис. 64	в целях увеличения				коэффициента
	затекания		воды	в нагревательные
	приборы	автором			предусмотрена

установка дроссельных шайб на всех замыкающих участках у приборов, входящих в первую группу.

Так как вода проходит через нагревательные приборы первой группы снизу вверх, то температура поверхности этих приборов мало отличается от температуры воды, уходящей

168

из каждого прибора. Это позволяет значительно повысить начальную температуру теплоносителя, подводимого к стоя­ кам первой группы и принять, например, параметры воды для первой группы t\ — t'Q— 130—95 = 35° и tr — t0— 95—70 — 25е

для второй группы.

tr =95°

Применение теплоносителя повышенных параметров дает существенную экономию нагревательных приборов в первой группе. Но с другой стороны, все трубопроводы (стояки и ветки к приборам) данной группы требуется прокладывать скрыто, чтобы избежать интенсивного пригорания пыли к поверхностям с высокой температурой.

Для удаления воздуха в высших точках системы устанав­ ливают вантузы.

В последнее время применению воды с высокими парамет­ рами (до + 150°) уделяется много внимания вследствие боль­ шой получаемой при этом экономии в затратах. Однако широкое применение теплоносителя с высокими параметрами сдерживается гигиеническими требованиями. Существует, однако, мнение, что^ например, при высокой температуре нагревательных приборов пыль на их поверхности не будет пригорать, поскольку интенсивное конвективное движение воздуха возле таких поверхностей не дает возможности пыли оседать на поверхности приборов.

§ 21. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

При проектировании систем водяного отопления учиты­ вают гидравлический и тепловой режим системы при расчет­ ной наружной температуре отопления /н.Р.о, когда тепло­ отдача системы достигает своего максимума. При более

169

высоких наружных температурах теплоотдача нагревательных приборов должна уменьшаться пропорционально изменению разности между температурой помещения и наружной. Такого уменьшения можно достигнуть тремя способами: изменением температуры горячей воды, подаваемой в систему (качествен­ ное регулирование), уменьшением количества воды, проте­ кающей в единицу времени через нагревательные приборы (количественное регулирование) нли изменением и темпера­ туры и количества воды (качественно-количественное регу­ лирование).

Свойство системы изменять теплоотдачу всех нагреватель­ ных приборов пропорционально изменению разности темпера­

тур внутреннего и наружного	воздуха принято называть
т е п л о в о й у с т о й ч и в о с т ь ю	системы.

Свойство системы пропорционально изменять расход воды во всех нагревательных приборах при изменении общего количества воды, циркулирующей в течение часа в системе,

носит название		г и д р а	в л и ч е с к о й	у с т о й ч и в о с т и .
Отклонения	от	состояния	тепловой устойчивости называют
т е п л о в о й	р а з р е г у л и р о в к о й с и с т е мы . Если при изме­

нении наружной температуры теплоотдача нагревательных приборов различных этажей изменяется различно, то такое

явление	называют в е р т и к а л ь н о й р а з р е г у л и р о в к о й .
Неравномерное изменение теплоотдачи		приборов одного и
того же	этажа называют г о р и з о н т а л	ь н о й р а з р е г у л и ­

р о в к о й .

График центрального регулирования температуры и коли­ чества теплоносителя, обеспечивающий гидравлическую и

тепловую устойчивость системы,				принято называть опти­
мальным.
Построить график центрального регулирования можно,
исходя из учета взаимосвязи всех				основных явлений, проис­
ходящих в системе отопления.
Коэффициент		теплоотдачи	нагревательных приборов, как
известно, может быть выражен зависимостью
К = m (tcp— tB) n = (tcp — ta)u				(см. формулу	15),
а теплоотдача	нагревательного прибора
q = Ftn (tcp— tBУ (tcp — tB) = Fm(tcp — tB)u+l,
где F — поверхность нагрева			прибора, м \		относящимся
Присвоив	в	дальнейшем	всем	величинам,

к расчетному режиму системы (т. е. режиму <н.р.0) индекс', можем написать:

	Л_ =	(*ср ~ >“+1 =	/	( 70)
	q'	- * , ) ,ГГГ	V t’cp- t a

170