ЦИРКУЛЯЦИОННОЕ ДАВЛЕНИЕ В СИСТЕМАХ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

В замкнутом, полностью заполненном водой контуре трубопроводов системы отопления передача тепла от источника к нагревательным приборам происходит благодаря регулярной циркуляции воды. Циркуляционное движение поддерживается силами, которые в гидравлическом расчете определяются как циркуляционное давление. В системах водяного отопления помимо естественного циркуляционного давления, возникающего в связи сразностью плотностей воды, может быть создано искусственное циркуляционное давление с помощью насоса, элеватора или другого побудителя циркуляции.

1. Естественное циркуляционное давление от охлаждения воды внагревательных приборах.

Изменения температуры воды в системе происходят в основном в тепловом пункте, где вода нагревается, и нагревательных приборах, где она охлаждается. В связи с этим часть трубопроводов системы от теплового пункта до нагревательных приборов постоянно заполнена нагретой водой, а от приборов до теплового пункта — охлажденной, несмотря на то, что вода непрерывно движется в замкнутом контуре трубопроводов.

Принято, что нагрев воды происходит в середине котла, охлаждение ее - в середине нагревательного прибора; вода в трубопроводах не охлаждается.

В общем случае гравитационное циркуляционное давление можно выразить уравнением

(5.5)

Таким образом, гравитационное циркуляционное давление в замкнутом контуре трубопроводов с произвольно расположенными в нем точками нагрева и охлаждения равно ускорению свободного падения, умноженному на сумму произведений высот отдельных точек нагрева и охлаждения над произвольно принятым уровнем отсчета на разность плотностей воды после и перед этими точками по направлению циркуляции воды в контуре.

При определении гравитационных давлений в расчетах, не требующих высокой точности, вместо Δρ = ρ₁-ρ₂ можно ввести в расчет Δt= t₂- t₁, имея в виду, что

g(ρ₁-ρ₂ ) = 9,81·0,64 (t₂- t₁) = 6,2(t₂- t₁) = β(t₂- t₁), (5.6)

Где значение β зависит от параметров теплоносителя.

1.а.Определение в двухтрубных системах отопления.

В двухтрубных системах нагревательные приборы соединены по теплоносителю параллельно, К прибору каждого этажа подходит вода с параметрами t_Г и ρ_Г , а от прибора уходит с параметрами t₀ и ρ₀ (рис. 5.3). Циркуляционное кольцо через прибор каждого этажа имеет свое значение вследствие разной высоты расположения его над центром котла.

Для прибора I этажа

Δр_{е1 эт} = g h₁(ρ₀- ρ_Г); (5.7)

для прибора II этажа

Δр_{еII эт} = g h₂(ρ₀- ρ_Г); (5.8)

Значение h₁ меньше значения h₂, поэтому и Δр_{е1 эт} меньше Δр_{еII эт}.

Таким образом, значения располагаемого давления Δр_е в циркуляционных кольцах двухтрубных систем различны и зависят от расположения нагревательных приборов относительно точки нагрева в тепловом пункте. С этим обстоятельством связаны трудность гидравлической увязки циркуляционных колец приборов разных этажей, а также возможность разрегулировки, гидравлической и тепловой неустойчивости двухтрубных систем.

По этой причине применение двухтрубных систем с верхней разводкой ограничено зданиями до четырех этажей и установка приборов ниже точки нагрева в тепловом пункте не допускается

1.б. Определение Δр_е в однотрубных системах отопления.

В однотрубных системах нагревательные приборы соединены по теплоносителю последовательно, поэтому каждый последующий прибор получает воду с более низкой температурой и большей плотностью, чем предыдущий (рис. 5.4).

Обычно в качестве основного рассматривают контур через участки стояка и замыкающие участки приборов. Чтобы определить в контуре, нужно вычислить температуру воды на всех участках.

В общем случае при большом числе приборов на стояке температура смеси воды t_{см х} в произвольном сечении х. стояка между смежными приборами будет равна:

t_{см х} = t_Г-Σq(t_Г- t₀) (5.11)

где Σq —доля теплоотдачи всех верхних приборов до сечения х в общей теплоотдаче стояка.

Зная температуру смеси t_см, легко установить значение гравитационного циркуляционного давления. Для этого можно воспользоваться способом сопоставления столбов воды, как это было сделано в простейшем случае в формулах (V.1) – (V.3), и тогда

Δр_е= g h₁(ρ₀- ρ_Г)+ g h₂(ρ_СМ - ρ_Г); (5.12)

Или общей формулой (V.5), и тогда

Δр_е = g (h₁ + h₂ ) (ρ_СМ - ρ_Г)+ g h₁(ρ₀- ρ_СМ). (5.13)

Легко убедиться, что эти формулы приводят к одинаковому результату. Особенность однотрубных систем состоит в том, что значение Δр_е одно для всего стояка и прямо не связано с отдельными приборами. Это облегчает гидравлическую увязку отдельных колец системы. Во время работы система устойчива в гидравлическом и тепловом отношении. Для однотрубной системы нет ограничений в расположении приборов ниже точки нагрева и в применении ее в зависимости от этажности здания.

2. Дополнительное гравитационное давление от охлаждения воды в трубопроводах. Кроме понижения температуры воды в нагревательных приборах наблюдается дополнительное ее охлаждение по длине трубопроводов системы. Изменение температуры в трубопроводах создает дополнительное гравитационное давление Δр_е.тр. Его можно подсчитать, пользуясь общей формулой (5.5), если предположить, что охлаждение по длине каждого участка трубопровода сосредоточено в его центре, как в точке охлаждения (см. рис. 5.2). Тогда

Δр_етр = g (5.14)

где индекс i обозначает номер условных точек охлаждения в середине участков трубопровода. Обычно величину Δр_етр не рассчитывают, а определяют по таблицам или графикам. Приводим один из таких графиков (рис. 5.5), составленный П.Ю. Гамбургом. Дополнительное давление от охлаждения воды в трубах важно учитывать при расчете небольших систем с естественной циркуляцией воды. В квартирных системах отопления циркуляция воды происходит в основном под влиянием Δр_етр, поскольку в этих системах нагревательные приборы обычно не удается расположить выше точки нагрева воды.

В системах с нижней разводкой дополнительное давление от охлаждения воды в трубах невелико, поэтому его обычно не учитывают.

3. Расчетное циркуляционное давление в системах водяного отопления. В системах с естественной циркуляцией расчетное циркуляционное давление Δр_р.ц определяется только гравитационными силами, поэтому оно равно

Δр_р.ц = Δр_е+ Δр_е.тр (5.15)

В системах с искусственным побуждением (насосные системы) Δр_р.ц определяется по формуле

Δр_р.ц = Δр_н+Б(Δр_е+ Δр_е.тр), (5.16)

где Δр_н — давление, создаваемое побудителем циркуляции (насосом или элеватором); исходя из технико-экономических расчетов его рекомендуется принимать при обычной протяженности колец системы (около 120 м) равным 10 000—12 000 Па; для систем произвольной протяженности его можно приближенно принимать равным:

Δр_н = 80Σl, (5.17)

где Σl —сумма длин участков расчетного кольца.

Коэффициент Б в формуле (5.16) определяет долю максимального гравитационного давления, которую целесообразно учитывать в расчетных условиях. В нормах рекомендуется для двухтрубных систем принимать коэффициент Б равным 0,4—0,5, для однотрубных систем — Б = 1.