Эпюра давлений в системе отопления

Обновлено: 24.04.2024

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Эпюры циркуляционного давления при относительно низком сопротивлении магистралей и высоком сопротивлении стояков схематично показаны штрихпункти-рными линиями на рис. VI. Подобный вид сравнительно легко можно придать эпюре однотрубной системы отопления многоэтажного здания. [1]

Эпюры циркуляционного давления при относительно низком сопротивлении магистралей и высоком сопротивлении стояков схематично показаны штрихпунктирными линиями на рис. VII.4 и VII.5. Подобный вид сравнительно легко можно придать эпюре однотрубной системы отопления многоэтажного здания, уменьшая диаметр стояков. [3]

Эпюры циркуляционного давления при относительно низком сопротивлении магистралей и высоком сопротивлении стояков схематично даны штрихпунктирными линиями на рис. 8.2 и 8.3. Подобный вид сравнительно легко можно придать эпюре вертикальной однотрубной системы отопления многоэтажного здания, уменьшая диаметр стояков. [4]

Для построения эпюры циркуляционного давления в магистралях системы с попутным движением воды необходим гидравлический расчет кроме основного кольца еще двух второстепенных циркуляционных колец. Эти кольца выбирают через ближний и дальний ( от теплового пункта) наиболее нагруженные стояки. [5]

Построение подобных эпюр циркуляционного давления рекомендуется при гидравлическом расчете ограниченного числа циркуляционных колец в двухтрубных системах отопления во избежание обратной циркуляции воды в отдельных стояках. [6]

На рис. 10.23 представлена эпюра циркуляционного давления в магистралях системы отопления, построенная на основании гидравлического расчета трех циркуляционных колец через приборы на первом этаже ближнего I, среднего VII и дальнего XI стояков. [8]

На рис. 8.9 представлена эпюра циркуляционного давления в магистралях системы отопления, построенная на основании гидравлического расчета трех циркуляционных колец через приборы на первом этаже ближнего /, среднего VII ( см. пример 8.6) и дальнего XI стояков. На рисунке отмечены запас А циркуляционного давления в основном кольце ( О. [10]

При гидравлическом расчете системы с попутным движением воды в магистралях эпюру циркуляционного давления строят после расчета не только основного, но и еще двух второстепенных циркуляционных колец - через ближний и дальний ( от теплового пункта) стояки. Гидравлический расчет второстепенных колец, как уже известно, сводится к расчету только дополнительных ( не общих) участков, не входящих в основное кольцо. При этом увязываются потери давления в параллельно соединенных участках второстепенного и основного колец по формулам ( VII. [11]

При гидравлическом расчете системы с попутным движением воды в магистралях эпюру циркуляционного давления строят после расчета не только основного, но и еще двух дополнительных циркуляционных колец - через ближний и дальний ( от теплового пункта) стояки. Гидравлический расчет дополнительных колец сводится к выбору диаметра новых, не входящих в основное кольцо, участков. При этом увязываются потери давления в параллельно соединенных участках дополнительного и основного колец тю формулам ( VI. [13]

При гидравлическом расчете промежуточных стояков определяют располагаемое циркуляционное давление по формуле, аналогичной формуле (10.37), используя построенную эпюру циркуляционного давления в магистралях. Для увязки потерь давления могут применяться составные стояки из труб различного диаметра. В первую очередь изменяют диаметр труб, соединяющих стояки с магистралями. [14]

Динамика давления в местной системе отопления с расширительным баком

На поверхность воды в открытом расширительном баке действует давление, равное атмосферному. Примем свободную поверхность воды в баке за плоскость отсчета для определения избыточного гидростатического давления и будем считать уровень, на котором находится вода в баке, неизменным при определенных объеме и температуре воды в системе отопления. Тогда в толще воды в каждой точке системы отопления можно определить избыточное гидростатическое давление в зависимости от высоты столба воды, расположенного над рассматриваемой точкой (в связи с изменением положения точки).

В вертикальной системе отопления (ее замкнутый контур изображается двойными линиями) с ненагреваемой водой при бездействии насоса, т. е. с водой равномерной плотности, находящейся в покое, избыточное гидростатическое давление в теплопроводах одинаково на любом рассматриваемом уровне (например, на уровне I-I оно равно ρghi где h_i - высота столба воды или глубина погружения под уровень воды в расширительном баке 1). Наименьшее гидростатическое давление ρgh_i действует в верхней магистрали, наибольшее ρgh₂ - в нижней, причем бездействующий насос 2 испытывает, как уже отмечалось, равное давление со стороны как всасывающего, так и нагнетательного патрубка.

Эпюра гидростатического давления в системе отопления с ненагреваемой водой, находящейся в покое

1 - расширительный бак; 2 - циркуляционный насос (бездействует).

Величину избыточного гидростатического давления в трубах системы отопления нанесем на рис. штрихпунктирными линиями в прямой зависимости от высоты столба воды h и для ясности изображения отложим давление в верхней магистрали над нею, в нижней - под нею, а в вертикальных трубах - слева и справа от них. Показанные на рисунке штрихпунктирные линии называются пьезометрическими, а их совокупность - эпюрой гидростатического давления, в данном случае в статическом режиме.

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

1 - расширительный бис; 2 - циркуляционный насос.

В системе отопления при циркуляции с постоянной скоростью движения воды - вязкой жидкости - энергия давления изменяется по длине теплопроводов. Вязкость и деформации потока обусловливают сопротивление движению воды. Они вызывают потерю части энергии давления, имеющейся в движущемся потоке, переходящей в результате трения (линейная потеря) и вихреобразования (местная потеря) в тепло.

Следовательно, в горизонтальной трубе гидростатическое давление уменьшается в направлении движения воды.

В вертикальной трубе при движении воды снизу вверх гидростатическое давление значительно убывает не только из-за линейной и местной потери давления, но и вследствие уменьшения высоты столба воды. В вертикальной трубе при движении воды сверху вниз гидростатическое давление возрастает по мере увеличения высоты столба воды, несмотря на попутную потерю давления. Гидростатическое давление в трубе с восходящим потоком изменяется интенсивнее, чем в трубе с нисходящим потоком.

Рассмотрим изменение гидростатического давления в системе отопления с нагреваемой водой при бездействии насоса - фактически в гравитационной системе отопления. Представим, что вода в системе отопления, нагреваемая в одной точке (ц. н. - центр нагревания), охлаждается в другой (ц. о. - центр охлаждения). При этом плотность воды в левом стояке составит р_г, в правом - р₀. В системе отопления при неравномерном распределении плотности воды должно возникнуть свободное движение - естественная циркуляция воды.

Для определения гидростатического давления предположим, что вода в системе на какое-то мгновение неподвижна. Тогда максимальное гидростатическое давление в нижней точке правого стояка с охлажденной водой будет:

а максимальное гидростатическое давление в левом стояке с нагретой водой

Так как ρ_о>ρ_г, то гидростатическое давление в правом стояке при отсутствии циркуляции воды будет больше, чем в левом. Штрихпунктирные линии на рисунке изображают эпюру давления в статическом режиме. Разность полученных гидростатических давлений, вызывающая циркуляцию воды по часовой стрелке, является естественным циркуляционным (гравитационным) давлением:

где h₂ - вертикальное расстояние между центрами охлаждения и нагревания воды или высота двух столбов воды - охлажденной и нагретой.

Из уравнения можно сделать выводы:

а) естественное циркуляционное давление возникает из-за различия гидростатического давления двух столбов охлажденной и нагретой воды равной высоты;

б) естественное циркуляционное давление не зависит от высоты расположения расширительного бака.

В общем виде естественное циркуляционное (гравитационное) давление в системе водяного отопления равняется:

и его величина зависит от разности плотности воды и вертикального расстояния между центрами охлаждения и нагревания воды.

Под влиянием естественного циркуляционного давления в замкнутом контуре системы отопления устанавливается определенная циркуляция воды, при которой давление Δp_е, вызывающее- циркуляцию, равняется сопротивлению движению воды в системе Δp_с:

Гидростатическое давление в точке присоединения трубы расширительного бака к верхней магистрали системы отопления, равное p_r*gh₁, при рассмотренных ранее условиях измениться не может. Эта точка называется точкой постоянного давления или «нейтральной» точкой системы.

Во всех остальных точках теплопроводов системы гидростатическое давление при циркуляции воды должно измениться из-за потери давления. Условно принимая линейную и местную потерю давления в теплопроводах равномерной, нанесем на рисунок вторую эпюру гидростатического давления уже в динамическом режиме - при естественной циркуляции воды в системе отопления (сплошные линии), начав построение с точки постоянного давления О.

Как видно, гидростатическое давление во всех остальных точках системы при циркуляции воды изменяется следующим образом: перед течкой О (считая по направлению движения воды) оно увеличивается, а после точки О - уменьшается по сравнению с гидростатическим давлением, предполагавшимся при отсутствии циркуляции. В частности, гидростатическое давление в левом подъемном стояке (с восходящим потоком воды) возрастает, а в правом опускном стояке (с нисходящим потоком) убывает.

Можно констатировать, что при циркуляции воды в замкнутом контуре гравитационной системы отопления гидростатическое давление изменяется во всех точках, за исключением одной точки присоединения к контуру трубы расширительного бака.

Перейдем к рассмотрению динамики давления в системе отопления с нагреваемой водой при действии циркуляционного насоса - в местной насосной системе отопления.

Насос, действующий в замкнутом контуре системы отопления, усиливает циркуляцию, нагнетая воду в теплопровод с одной стороны и засасывая с другой. Уровень воды в расширительном баке при пуске циркуляционного насоса не изменится, так как равномерно работающий лопастной насос обеспечивает лишь определенную кратность циркуляции в системе неизменного количества воды, практически несжимаемой. Поскольку при этих условиях - равномерности действия насоса и постоянства объема воды в системе - уровень воды в расширительном баке сохраняется неизменным, безразлично, работает ли насос или нет, то гидростатическое давление в точке присоединения бака к трубам системы будет постоянным. Точка эта по-прежнему остается «нейтральной», т. е. на гидростатическое давление в ней не влияет давление, создаваемое насосом (давление насоса в этой точке равно нулю).

Следовательно, точка постоянного давления будет местом, в котором давление, развиваемое насосом, меняет свой знак: до этой точки насос, создавая компрессию, воду нагнетает, после нее он, вызывая разрежение, воду всасывает. Все теплопроводы системы от насоса до точки постоянного давления (считая по направлению движения воды) будут относиться к зоне нагнетания насоса; все теплопроводы после этой точки - к зоне всасывания.

Эпюра гидростатического давления в динамическом режиме - при насосной циркуляции воды в системе отопления показана на рисунке (сплошные линии). Видно, что в зоне нагнетания насоса - от нагнетательного патрубка насоса до точки постоянного давления О - гидростатическое давление за счет компрессии насоса увеличивается во всех точках, в зоне всасывания - от точки О до всасывающего патрубка насоса - уменьшается в результате разрежения, вызываемого насосом.

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

расширительный бак;
2циркуляционный насос.

Таким образом, можно расширить вывод, сделанный ранее для гравитационной системы: при циркуляции воды в замкнутом контуре системы отопления - и гравитационной и насосной - гидростатическое давление изменяется во всех точках, за исключением одной точки - точки присоединения трубы расширительного бака.

Общую потерю давления при движении воды в замкнутом контуре системы отопления Δр_с выразим через потерю давления в зоне нагнетания (обозначим ее Δр_наг) и в зоне всасывания (Δр_вс) как:

С другой стороны, из формулы следует, что Δр_с=Δр_н+Δр_е. На рисунке показано, что Δр_н меньше суммы Δр_наг и Δр_вс на величину Δр_е.

Общее (насосное и гравитационное) циркуляционное давление при установившемся движении воды будет затрачиваться без остатка на преодоление линейных и местных сопротивлений в зонах нагнетания и всасывания, увеличившихся вследствие роста скорости движения.

Сравнивая рисунки, можно установить степень изменения гидростатического давления, связанную с потерей давления при циркуляции воды в теплопроводах системы отопления:

а) увеличение давления в любой точке теплопроводов в зоне нагнетания насоса равняется величине потери давления в трубах от рассматриваемой точки до точки постоянного давления (например, Δр_А-О);

б) уменьшение давления в любой точке теплопроводов в зоне всасывания насоса равняется величине потери давления в трубах от точки постоянного давления до рассматриваемой точки (например, Δр_О-Б).

На основании этого вывода напишем формулы для определения избыточного гидростатического давления в любой точке местной системы отопления с расширительным баком при циркуляции воды:

в зоне нагнетания

в зоне всасывания

где h_i - высота столба воды от рассматриваемой точки до уровня воды в расширительном баке.

Изменение гидростатического давления в верхней подающей магистрали системы отопления

Очевидно, что в зоне нагнетания насоса следует считаться (это рассматривается ниже) с повышением гидростатического давления по сравнению с давлением воды в состоянии покоя. Напротив, в зоне всасывания насоса необходимо учитывать понижение давления. При этом возможен случай, когда гидростатическое давление не только понизится до атмосферного, но даже может возникнуть разрежение.

Рассмотрим такой случай. На рисунке изображена динамика давления на отрезке теплопровода от точки О до точки Г в зоне всасывания насоса. В точке постоянного давления О гидростатическое давление равно ρgh. B промежутке между точками О и В гидростатическое давление убывает в связи с потерей давления при движении воды по зависимости, изображенной на рисунке наклонной пьезометрической линией. В точке В ρgh=Δp_o-в и р_в=0, т. е. избыточное давление равно нулю, а полное давление, как и на поверхности воды в расширительном баке, равно атмосферному давлению pa. B промежутке между точками В и Б дальнейшая потеря давления вызывает разрежение — давление падает ниже атмосферного (знак минус на рисунке). Наиболее заметно давление понизится и разрежение достигнет наибольшей величины в точке Б. Здесь полное давление р_Б=р_а+ρgh-Δр_О-Б=р_а-Δр_В-Б.
Затем в промежутке между точками Б и Г давление возрастает в связи с увеличением высоты столба воды от h до h_г, а разрежение уменьшается. В точке Г, где ρ*g*h_г=Δp_o-r, избыточное давление вновь, как в точке В, становится равным нулю - р_г=0, а полное давление - атмосферному. Ниже точки Г действует избыточное гидростатическое давление, быстро возрастающее по известной уже причине, несмотря на наследующую потерю давления при движении воды,

Способы присоединения труб расширительного бака к системе водяного отопления

а - к главному стояку системы; б - в верхней точке системы, наиболее удаленной от центра нагревания (ц.н.); в - вблизи всасывающею патрубка циркуляционного насоса.

В промежутке между точками В я Г, особенно в точке Б, при давлении ниже атмосферного и при температуре воды, близкой к 100° (90-95°С), возможно парообразование. При более низкой температуре воды, исключающей парообразование, возможен подсос воздуха из атмосферы через резьбовые соединения труб и арматуру. Во избежание нарушения циркуляции воды из-за ее вскипания или подсасывания воздуха при конструировании и гидравлическом расчете теплопроводов системы водяного отопления должно соблюдаться правило: в зоне всасывания в любой точке i теплопроводов системы отопления гидростатическое давление при действии насоса должно оставаться избыточным Рi>рa; для этого должно удовлетворяться неравенство:

Возможны три способа выполнения этого правила:

а) поднятие расширительного бака на достаточную высоту h;

б) перемещение расширительного бака 1 к наиболее опасной верхней точке с целью включения верхней магистрали в зону нагнетания;

в) присоединение труб расширительного бака вблизи всасывающего патрубка циркуляционного насоса 2.

Первый способ вызывает архитектурно-строительные затруднения и применим лишь в отдельных случаях при подходящем архитектурном облике здания. Второй способ целесообразно использовать в системе с «опрокинутой» циркуляцией воды. В такой системе используется проточный расширительный бак 1, присоединяемый в высшей точке верхней обратной магистрали 2 над главным обратным стояком 3. Точка постоянного давления О находится в самом баке. Вся верхняя обратная магистраль входит в зону нагнетания насоса. Зона всасывания охватывает главный обратный стояк и нижнюю часть общей обратной магистрали до насоса. Гидростатическое давление в главном обратном стояке превышает атмосферное даже при значительной потере давления в нем (см. пьезометрические линии на рисунке).

Второй способ присоединения расширительного бака применим в одноветвевой системе отопления с верхней подающей магистралью. Бак при этом выполняет также роль воздухоотводчика. Однако в разветвленной системе отопления второй способ присоединения расширительного бака к верхней подающей магистрали может при определенных условиях вызвать нарушение циркуляции воды.

Для выявления этих условий рассмотрим динамику давления воды в двухветвевой системе отопления с расширительным баком 1, присоединенным в наиболее удаленной точке от главного подающего стояка 2.

Изменение гидростатического давления в обратных магистрали и главном стояке системы отопления с проточным расширительным баком

В такой точке - выберем ее в левой ветви системы отопления на стояке 1 (рис.) -возникает точка постоянного давления О₁. В подающей магистрали левой ветви, входящей в зону нагнетания, гидростатическое давление при действии насоса 4 повысится, причем наибольшее изменение давления произойдет в точке А.

В промежуточной точке Б повышение давления равняется Δp_Б-О1 (см. рис.). При движении воды от точки Б по стояку II найдется точка O2, для которой справедливо равенство потери давления - Δp_Б-О=ΔP_Б-O1. Точка O₂, в которой компрессионное давление насоса равно нулю, является второй точкой постоянного давления системы. Гидростатическое давление в точке O₂*p_O2=p*g*1+h₂) не изменяется как при бездействии, так и при работе насоса.

Проведем пьезометрическую линию для подающей магистрали пра вой ветви системы (сплошная линия с наклоном слева направо на рис.) и убедимся, что в каждом циркуляционном кольце этой ветви (их в данном случае два - через стояк III и через стояк IV) существуют свои точки постоянного давления O₃ и O₄. В каждой из них действует неизменное (но отличающееся по величине) гидростатическое давление и положение их определяется удовлетворением равенству потери давления при циркуляции воды:

Это равенство может рассматриваться также как равенство потери давления давлению, создаваемому насосом в точке А. При движении воды по трубам от точки А давление насоса убывает, постепенно расходуясь на преодоление сопротивления течению воды, и, наконец, в некоторой точке в каждом циркуляционном кольце системы оно станет равным нулю. Эта точка и будет точкой постоянного давления. Очевидно, что на теплопроводы системы до каждой такой точки распространяется зона нагнетания насоса, на теплопроводы после них - зона всасывания.

Таким образом, при присоединении расширительного бака к верхней подающей магистрали в удалении от главного стояка в системе возникают несколько точек постоянного давления. В пределе число таких точек равняется числу параллельных циркуляционных колец системы (в нашем примере - четыре точки постоянного давления в четырех циркуляционных кольцах через стояки I-IV).

Изменение гидростатического давления в верхней подающей магистрали двухветвевой системы отопления

1 - расширительный бак; 2- главный подающий стояк, 3 - центр нагревания; 4 - циркуляционный насос; 5 - воздухосборник с вантузом; 6 - задвижка.

В системе отопления, изображенной на рис., отметим еще точку Г, в которой установлен воздухосборник 5 с вантузом. Точка Г находится в зоне всасывания насоса, и гидростатическое давление в ней понижается в соответствии с формулой на величину Δp_O4-Г.

Вантуз для надежного действия должен находиться под некоторым внутренним избыточным давлением. Допустим, что это давление при конструировании вантуза принято равным 3*10 3 Па (напор 0,3 м вод. ст.). Тогда для обеспечения такого давления в нашем случае потеря давления от точки O₄ до точки Г или, что то же, понижение гидростатического давления в точке Г может быть не более:

где h - вертикальное расстояние от верхней точки вантуза до уровня воды в расширительном баке, м.

Покажем, что это условие, выполненное при проектировании, все же может быть нарушено в процессе эксплуатации системы отопления. Действительно, при прекращении циркуляции воды в левой ветви (закрыта задвижка 6 на рис.) точкой постоянного давления становится точка Л, как точка, в которой система соединяется с трубой расширительного бака (попутно заметим, что все четыре точки постоянного давления сольются при этом в одну, общую для циркуляционных колец, оставшихся в действии), а давление в точке Г понижается до величины:

Это давление не только может оказаться недостаточным для действия вантуза, но может быть даже ниже атмосферного, что нарушит нормальную циркуляцию воды.

Для того чтобы исключить возможность нарушения циркуляции воды, практически широко используется третий способ присоединения труб расширительного бака к системе отопления. Точка постоянного давления при этом возникает в обратной магистрали вблизи насоса как одна, общая для всех циркуляционных колец системы. Зона нагнетания насоса распространяется почти на все теплопроводы системы, в том числе и на наиболее высоко расположенные и удаленные от насоса, как опасные в отношении вскипания воды. Зона всасывания ограничивается отрезком общей обратной магистрали от точки О до всасывающего патрубка насоса, в котором гидростатическое давление в покое достаточно велико и существенно не уменьшается при действии насоса.

Расширительный бак, как известно, соединяется с системой отопления двумя трубами - расширительной и циркуляционной (см. рис.), создающими контур циркуляции воды через бак. В нем имеется еще одна верхняя точка постоянного давления, находящаяся непосредственно в расширительном баке. Первая же - нижняя точка постоянного давления размещается между точками присоединения расширительной и циркуляционной труб к обратной магистрали. Положение нижней точки постоянного давления определяется соотношением потери давления в расширительной и циркуляционной трубах. Если их диаметр и длина равны, то точка постоянного давления находится посередине между точками присоединения труб бака. Если диаметр одной из труб больше, то точка постоянного давления смещается в сторону точки присоединения этой трубы.

Точка присоединения расширительной трубы входит в зону нагнетания насоса, и в ней происходит деление общего потока воды на два, один из которых (основной) по-прежнему протекает по обратной магистрали, а другой - по параллельному пути через бак до точки присоединения циркуляционной трубы, относящейся уже к зоне всасывания.

Если применяется несколько соединительных труб, например три, то верхняя точка постоянного давления по-прежнему находится в расширительном баке, а нижняя - между точками присоединения к магистрали системы отопления двух крайних соединительных труб. По одной из них вода из зоны нагнетания направляется в бак, по другой - возвращается из бака в зону всасывания. По средней соединительной трубе вода может двигаться и в бак и из бака в зависимости от положения нижней точки постоянного давления.

Из рассмотрения динамики давления в местной системе отопления с открытым расширительным баком следуют общие выводы: во всяком замкнутом контуре движения воды может быть только одна точка постоянного давления, в которой зона нагнетания сменяется зоной всасывания. Двух последовательных точек постоянного давления в одном циркуляционном контуре существовать не может, ибо для движения воды в заданном направлении в системе отопления создается и поддерживается разность давления во всех точках. При этом следует оговориться, что поскольку в самом насосе разрежение переходит в компрессию и в нем существует своя «нейтральная» точка, то при рассмотрении точек постоянного давления имеются в виду лишь точки, возникающие за пределами насоса.

В зоне нагнетания циркуляционного контура, т. е. до точки постоянного давления, гидростатическое - давление увеличивается по сравнению с давлением в состоянии покоя; в зоне всасывания, т. е. после точки постоянного давления (по направлению движения воды), оно уменьшается.

Точка постоянного давления может быть единственной во всей системе отопления, если расширительный бак присоединяется к общей дающей или обратной магистрали. Тогда она принадлежит любому циркуляционному кольцу системы.

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 во всяком случае находится в точке присоединения бака.

Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление, 2002

Расчет потерь давления на участках 19-26 заносим в табл. 8.6.

Таблица 8.6. Гидравлический расчет второстепенного циркуляционного кольца через стояк 1 двухтрубной системы отопления

Невязка ((2995 - 3017) / 2995)100 = -0,7 %, что допустимо.

Затем выбираем второстепенное циркуляционное кольцо через наиболее удаленный от теплового пункта стояк 11 и прибор на первом этаже.

Располагаемое циркуляционное давление для гидравлического расчета не общих участков (еще не рассчитанных) этого кольца определяем, как и ранее, применительно к формуле (8.25) путем сложения уже известных потерь давления от 9 до 15 участка основного кольца:

Вычисляем по формуле (8.22)

Расчет потерь давления на участках 27-32 заносим в табл. 8.7. Невязка ((2881 - 2881) / 2881)100 = 0.

На рис. 8.9 представлена эпюра циркуляционного давления в магистралях системы отопления, построенная на основании гидравлического расчета трех циркуляционных колец через приборы на первом этаже ближнего 1, среднего 7 (см. пример 8.6) и дальнего 11 стояков. На рисунке отмечены запас А циркуляционного давления в основном кольце (осн. ц. к) системы и невязки Б (-0,7 %) и В (0), полученные при расчете не общих участках второстепенных колец соответственно через стояки 1 и И.

Рис. 8.9. Расчетная эпюра циркуляционного давления в двухтрубной системе отопления с попутным движением воды в магистралях (к примеру 8.6): А - запас циркуляционного давления; Б и В - невязки расчета; I, 2,3 и т.д. - номера расчетных участков; Ст. 1, Ст.2 и т.д. - номера стояков

Таблица 8.7. Гидравлический расчет второстепенного циркуляционного кольца через стояк XI двухтрубной системы отопления

Из эпюры видно, что разности давления во всех промежуточных стояках обеспечивают необходимое направление движения теплоносителя. Однако для стояков 8 и особенно 9 разности давления в подающей и обратной магистралях слишком велики (по сравнению с разностями в расчетных стояках). Для уменьшения разностей давления изменяем диаметр участков 27 и 29 (см. табл.8.7, где заменяемые числа заключены в скобки), причем участок 29 составляем из труб D y 32 (I 1 =4,0 м) и D y 25 (I 2 =4,0 м). Окончательная линия изменения давления в подающей магистрали между стоякам 7 и 10 показана на рис. 8.9 пунктиром. Невязка после изменения диаметра участков 27 и 29 составляет

При гидравлическом расчете вертикальной двухтрубной системы отопления после расчета основного и второстепенных циркуляционных колец через отопительные приборы на нижнем этаже дополнительно рассчитывают стояки. Расчет стояков двухтрубной системы сводится к выбору диаметра труб с увязкой потерь давления на параллельно соединенных участках (согласно формуле (8.10)), так как общие участки циркуляционных колец уже рассчитаны. При этом учитывается изменение естественного циркуляционного давления для приборов, размещаемых на различных этажах.

На рис. 8.10 изображены двухтрубные стояки систем с верхней (рис. 8.10, а) и нижней (рис. 8.10, б) разводками. Двойными линиями отмечены участки (пусть Q 2 >Q 1 ), потери давления на которых известны из предшествующего расчета циркуляционных колец через приборы на первом этаже. Располагаемое циркуляционное давление для расчета дополнительных (не общих) участков, обеспечивающих теплоносителем приборы на втором этаже, параллельно соединенных с рассчитанными участками, составит:

Рис. 8.10. Схемы двухтрубных стояков с расчетными участками в системах водяного отопления: а - с верхней разводкой подающей магистрали; б - с нижней разводкой обеих магистралей

при верхней разводке

при нижней разводке

где h 2 - вертикальное расстояние между центрами охлаждения воды в отопительных приборах на втором и первом этажах.

Вторые слагаемые учитывают дополнительное естественное циркуляционное давление по формулам (7.34) и (7.39). Видно, что Р р.н.п <ΔР р.в.II за счет потерь давления на участке 1. С другой стороны, расчетных участков в стояках при нижней разводке больше (три участка - о, р и г между точками А и Б на рис. 8.10, б - пусть Q 3 >Q 4 ), чем при верхней (два участка - риг между точками А и Б на рис. 8.10, а). Следовательно, увязка располагаемого и потерянного давления в стояках системы с нижней разводкой вполне достижима и система поэтому работает более устойчиво. Этим объясняется то, что при насосной циркуляции воды в многоэтажных зданиях применяются, если не однотрубные, то двухтрубные системы с нижней разводкой, а двухтрубные системы с верхней подающей магистралью используются ограниченно.

Пример 8.8. Выполним гидравлический расчет труб стояка 7 для теплоснабжения отопительных приборов на втором этаже по условиям примера 8.6. Тепловые нагрузки участков стояка и отопительных приборов указаны на рис. 8.8.

Располагаемое циркуляционное давление для расчета не общих участков, параллельно соединенных с участком 10 основного циркуляционного кольца находим по формуле (8.32, б ), заменяя в ней, как и раньше, (ρ о - ρ г ) на β(t r -t o ).

При Σ(R1+ Z)=131 Па, β=0,64 кг/(м 3 ·°С) и h 2 =3,3 м (см. рис. 8.8) получим

Таблица 8.8. Гидравлический расчет циркуляционного кольца через стояк 7 и отопительный прибор на втором этаже

Определяем по формуле (8.22)

и расчет потерь давления на участках 33-35 сводим в табл. 8.8.

Невязка: ((338 - 301) / 338)100 = 10, 9%, что допустимо.

Гидравлический расчет циркуляционных колец через отопительные приборы, расположенные на вышележащих этажах, выполняют аналогично. При этом потери давления на уже рассчитанных вертикальных участках стояка в располагаемое циркуляционное давление не включают.

При гидравлическом расчете ветвей горизонтальных однотрубных систем необходим предварительный расчет отопительных приборов, так как расчетная длина участков в ветвях зависит от длины приборов. Длину приборов определяют ориентировочно исходя из значений номинального теплового потока, приведенных в справочной литературе.

Отопительные приборы с трубчатыми нагревательными элементами D y 15 и D y 20 включают в каждую горизонтальную ветвь как последовательно соединенные расчетные участки (см. приборы ветви II на рис. 6.5). Длину проточных отопительных приборов с каналами и трубами D y 32- D y 100 (см. приборы ветви I на рис. 6.5) вычитают из длины ветвей, т.е. они уменьшают расчетную длину соединяющих их труб. Расчетная длина труб при приборных узлах с замыкающими и обходными участками зависит от расположения этих участков (см., например, ветви на втором и третьем этажах на рис. 7.24). Если замыкающие участки находятся под приборами (см. рис. 5.10, а), то их длина определяется длиной приборов.

Для придания горизонтальной однотрубной системе многоэтажного здания вертикальной устойчивости при гидравлическом расчете поэтажных ветвей исходят из условия

которое означает, что потери давления в горизонтальной ветви не должны быть меньше максимального значения естественного циркуляционного давления, возникающего при охлаждении воды в приборах на верхнем этаже здания (см. формулу (7.35)). При этом скорость движения воды в трубах ветви должна превышать 0,25 м/с для обеспечения надежного уноса воздуха. При гидравлическом расчете ветвей возможны два случая.

1. Основное циркуляционное кольцо выбрано по выражению (8.21) и рассчитано через горизонтальную ветвь на первом этаже. Тогда располагаемое циркуляционное давление для гидравлического расчета дополнительных параллельных участков, соединяющих ветвь приборов на втором этаже с горизонтальной ветвью приборов на первом этаже, определяется по формуле (8.32, а) или (8.32, б), причем потерей давления на участке m в формуле будет потеря давления во всей горизонтальной ветви на первом этаже.

2. Основное циркуляционное кольцо выбрано и рассчитано через горизонтальную ветвь на верхнем N-м этаже. Тогда располагаемое циркуляционное давление для гидравлического расчета лежащей ниже горизонтальной ветви на (N - 1)-м этаже составит

где Σ(R1+ z) n - потери давления (ранее вычисленные) на участках, параллельно соединенных с новой ветвью, Па; h N - вертикальное расстояние между условными центрами охлаждения воды в ветвях на N-м и (N-1)-м этажах, м.

Невязка потерь давления в параллельно соединенных горизонтальных однотрубных ветвях допустима до 15 %.

На основании гидравлического расчета выполняют окончательный тепловой расчет отопительных приборов с учетом теплоотдачи труб.

§ 8.4. Гидравлический расчет системы водяного отопления по характеристикам сопротивления и проводимостям

Расчет по характеристикам сопротивления и проводимостям применяют при проектировании насосных однотрубных систем отопления.

При гидравлическом расчете вертикальных однотрубных систем многоэтажных зданий, состоящих из однотипных по конструкции стояков, практически допустимо не считаться с различиями в значениях естественного циркуляционного давления в отдельных кольцах. Тогда при известных диаметре и длине труб распределение потоков воды между стояками будет определяться их проводимостью.

Точные значения потоко-распределения в однотрубной системе между стояками и приборами получают, если гидравлический расчет выполнен при скорости движения воды в трубах 0,8 м/с и более. Если же гидравлический расчет по характеристикам сопротивления и проводимостям сделан при скорости движения воды 0,3-0,8 м/с, то в действительности в такой системе фактический расход воды будет несколько меньше расчетного (на 5-10 %). Это произойдет вследствие больших потерь давления (из-за фактического увеличения коэффициентов гидравлического трения и местного сопротивления). Чтобы уменьшения расхода воды не происходило, гидравлический расчет рекомендуется выполнять не для легких, а для обыкновенных водогазопроводных труб, т.е. для труб с несколько уменьшенным внутренним диаметром (см. § 5.1). Тогда в однотрубной системе, смонтированной, как требуют СНиП, из легких труб, действительный расход воды будет достаточно близок к расчетному.

Рассмотрим гидравлический расчет по характеристикам сопротивления и проводимостям

вертикальной однотрубной системы отопления с тупиковым движением воды в магистралях.

При расчете возможны, как известно (см. § 3.4), различные исходные положения: в одном случае давление, создаваемое циркуляционным насосом, р н - известно, т.е. может считаться заданным, в другом - р н не известно. Давление р н фактически задано при известном типоразмере используемого насоса, а также при зависимом присоединении системы отопления к наружным теплопроводам, когда известна разность давления воды в подающем и обратном теплопроводах в месте их ввода в здание.

Давление р н не задано при местном теплоснабжении системы отопления, а также при независимом ее присоединении к наружным теплопроводам, хотя и в этом случае типоразмер циркуляционного насоса может быть выбран до гидравлического расчета системы и тогда р н также может считаться заданным.

1. Основной случай: р н - задано.

Гидравлический расчет начинают с основного циркуляционного кольца (см. § 8.3), для которого определяют R cp по формуле (8.22).

Для выбора диаметра труб на каждом участке находят расчетное значение удельной ха-

§ 45. ЭПЮРА ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ

Изменение расчетного циркуляционного давления при движении воды в системе отопления наглядно изображается в виде эпюры. Эпюра циркуляционного давления в системе с тупиковым движением воды в магистралях. По оси абсцисс откладывают длину участков магистралей и наносят номера стояков; по "оси ординат — гидравлическое сопротивление участков магистралей и стояков (жирные линии). Изменение давления по длине каждого участка магистралей считается равномерным.

Гидравлическое сопротивление циркуляционных колец различной длины не одинаково. Наибольшим сопротивлением обладает кольцо через дальний от теплового пункта стояк № 7, наименьшим — через ближний стояк № 1. Избыток циркуляционного давления (изображенный на рисунке, например, отрезком АБ) вызывает перераспределение количества воды, протекающей в магистралях и стояках — возникает горизонтальное разрегулирование системы с отклонением от расчетных расхода и температуры воды.

Во избежание этого проводится регулирование системы: гидравлическое сопротивление всех циркуляционных колец приводится в соответствие с циркуляционным давлением путем поглощения избытка давления арматурой или диафрагмами на стояках. Возможен и другой, гидравлически и технически более правильный путь: расчетом определяют действительные расход и температуру обратной воды в каждом стояке и вносят исправление в расчет отопительных приборов.

Эпюра циркуляционного давления в двухтрубной системе отопления с попутным движением воды в магистралях. Эпюра построена после проведения гидравлического расчета трех циркуляционных колец через средний, ближний и дальний стояки. Незначительное гидравлическое сопротивление стояков (вертикальные отрезки на рисунке) характерно для двухтрубной системы без кранов повышенного сопротивления.

Циркуляционное давление в подающей магистрали должно быть больше, чем в обратной, для обеспечения подачи горячей воды к отопительным приборам.

Обратное соотношение давления в магистралях вызывает циркуляцию охлажденной воды через отопительные приборы — «обратную» циркуляцию. Это недопустимое явление может возникнуть в стояке № 2, если давление в точке А обратной магистрали в результате ошибочного выбора диаметра двух участков магистрали, прилегающих к точке Л, повысится до давления в точке А\ или в стояке № 6, если давление в точке Б подающей магистрали понизится до давления в точке Б. На эпюре циркуляционного давления пунктиром показано изменение давления в участках магистралей, вызывающее «обратную» циркуляцию воды через отопительные приборы стояков № 2 и 6.

Расчеты показывают, что для надежного сохранения расчетного распределения воды между стояками в течение отопительного сезона, т. е. для обеспечения горизонтальной гидравлической устойчивости системы, гидравлическое сопротивление стояков должно составлять не менее 70% общего сопротивления системы. При этом эпюры циркуляционного давления имеют вид, схематично показанный штрихпунктирными линиями характерный для низкого сопротивления магистралей и высокого сопротивления стояков. Подобный вид сравнительно просто можно придать эпюре однотрубной системы. В двухтрубной системе для этого потребуется искусственно увеличить гидравлическое сопротивление отопительных приборов, что также будет способствовать повышению вертикальной тепловой надежности двухтрубных стояков.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Гидравлический расчет основного циркуляционного кольца системы с тупиковым движением воды дает возможность установить изменение давления по всей длине подающих и обратных магистралей. После расчета строят эпюру циркуляционного давления в магистралях. [16]

Читайте также: