Или после преобразования

Нагревание и охлаждение воды в циркуляционных кольцах системы создают неоднородное распределение ее плотности. В cтpoгo горизонтальной системе отопления это явление не вызывает циркуляции воды. Естественная циркуляция воды возникает в вертикальной системе. Значение естественного давления, вызывающего циркуляцию воды, определяется разностью гидростатического давления двух столбов воды одинаковой высоты.

Естественное циркуляционное давление является одним из составляющих расчетного циркуляционного давления в системе водяного отопления. Причина его возникновения уже известна.

Естественное циркуляционное давление

ЛЕКЦИЯ 9

Рассмотренная закономерность изменения давления в теплопроводах внутренней системы водяного отопления без расширительного бака относится к случаю применения смесительного насоса или водоструйного элеватора на тепловом вводе в здание.

Приходим к уравнению, которое в данном случае означает, что разность гидростатического давления в подающем и обратном наружных теплопроводах на вводе их в здание, вызывающая циркуляцию воды во внутренней системе отопления, меньше потерь давления при движении воды в системе на величину естественного циркуляционного давления.

Переписав выражение (8.12) в виде

Или

Наибольшее давление не должно превышать рабочего давления для каждого элемента системы. Поэтому выражение (8.10) служит для проверки выполнения этого условия. Если, например, давление р2 близко к 0,6 МПа, то с учетом потерь давления в обратной магистрали максимальное гидростатическое давление в чугунной арматуре и отопительных приборах, расположенных на уровне ввода наружных теплопроводов и ниже его, превысит рабочее, что может привести к их разрушению.

Гидростатическое давление в точке В выражает наименьшее давление в верхней подающей магистрали (и в системе) в динамическом режиме

РВ-Д=Р2+Рмин – Роgh (8.11)

где ∆РВ-Д — потери давления при движении воды от точки В до точки Д; Ро — плотность охлажденной воды; h — высота системы.

Выражение (8.11) служит для проверки условия невскипания высокотемпературной воды, если давление p2 принимают без учета температуры воды.

Покажем на примере необходимость проверки мини­мального избыточного давления в системе отопления. Если высота системы h=20 м, ∆РВ-Д=0,05 МПа, а давление р2=0,25 МПа, то минимальное давление в верхней точке при циркуляции воды в системе составит

Рмин=0,25+0,05-(977,81·9,81·20)10^-6≈0,11МПа

Это давление будет недостаточным для предотвращения вскипания воды, имеющей температуру более 120 °С,

Наконец, гидростатическое давление в точке А (если считать, что точка Л находится на одном уровне с точкой Д) выражает наибольшее давление в подающей магистрали в динамическом режиме (в точке 1 на рис. 8.10):

р1=p2+∆РА-Д — Pogh + Ргgh

р1=р2+∆Рс – ∆Ре (8.12)

где ∆Рс=∆РА-Д — потери давления при движении воды от точки А до точки Д, т. е. общие потери давления в системе отопления;

∆Ре=gh(Рo—Рг) — по уравнению (8.4).

р1—р2=∆Рс—∆Ре или ∆Рн=∆Рс —∆Ре (8.13а)

Рис 9.1. Схемы вертикального циркуляционного кольца теплопроводов без отопительных приборов с центром нагревания (ц. н.)

а — при постепенном охлаждении теплоносителя воды в трубах; б — при введении условных центров охлаждения (ц. о) воды

Pис9.2. Схема вертикального циркуляционного кольца теплопроводов с произвольно расположенными центрами нагревания (ц. н.) и охлаждения (ц. о.) теплоносителя воды

Охлаждение теплоносителя воды в системе отопления происходит непрерывно по мере удаления от теплообменника, на выходе из которого температура воды имеет наивысшее значение, и заканчивается при возвращении ее к теплообменнику. Постепенное остывание воды в теплопроводах сменяется быстрым охлаждением ее в отопительных приборах. Поэтому общее естественное циркуляционное давление, возникающее в системе, можно рассматривать как сумму двух величин: давления ∆Ре.пр, образующегося вследствие охлаждения воды в отопительных приборах, и давления ∆Ре.тр вызываемого охлаждением воды в трубах

∆Ре=∆Ре.пр+∆Ре.тр (9.1)

В большинстве случаев — в системах отопления многоэтажных зданий — первое слагаемое является основным по значению, второе — дополнительным. В частном случае — в одноэтажных зданиях — основным является ∆Ре.тр

При рассмотрении значений естественного циркуляционного давления используют понятие о центре охлаждения теплоносителя. В центре охлаждения действительное постепенное изменение температуры (и плотности) воды по длине теплопровода или отопительного прибора принимают условно скачкообразным. С введением такой условной границы охлаждения можно считать, что на каждой половине длины отрезка теплопровода или прибора вода имеет свою постоянную плотность. При этом гидростатическое давление не должно изменяться. Подобную условную границу изменения температуры воды в теплообменнике системы отопления называют центром нагревания.

Определение естественного циркуляционного давления, возникающего вследствие охлаждения воды в приборах (∆Ре.пр) связано с видом системы отопления, поэтому его целесообразно произвести совместно с рассмотрением расчетных схем.

При определении естественного циркуляционного дав­ления, вызываемого охлаждением воды в трубах (∆Ре.тр)> примем, что приборы в циркуляционном кольце отсутствуют и вода охлаждается при теплопередаче только через стенки труб.

Рассмотрим схему такого вертикального циркуляционного кольца теплопровода (рис.9.1 а), в котором при установившемся движении воды ее плотность постепенно возрастает от значения p1 (при температуре после центра нагревания) до значения р5 (при температуре перед центром нагревания). На стыках вертикальных и горизонтальных труб покажем промежуточные значения плотности воды.

Естественное давление, вызывающее движение воды в трубах, найдем как разность гидростатического давления двух столбов воды высотой h, имеющей различную среднюю плотность:

(9.2)

Это же значение циркуляционного давления получим в другом виде с использованием условных центров нагревания и охлаждения воды в трубах (рис. 9.1, б), находящихся на некоторой высоте над плоскостью отсчета I—I,

∆Ре.тр=g[(h3-h2)(p3-p2)+(h2-h1)(p4-p1) (9.3)

В более общем случае при произвольном расположении условных центров нагревания и охлаждения в вертикальном циркуляционном кольце теплопроводов (pnc. 9.2) естественное давление, возникающее вследствие охлажде­ния воды в трубах, составит

∆Ре.тр=g[(h5-h4)(p3-p2)+(h4-h3)(p3-p1)+(h3-h2)(p4-p1)+(h2-h1)(p4-p5)]

∆Ре.тр=g[h5(p3-p2)+h4(p2-p1)+h3(p4-p3)+h2(p1-p5)+h1(p5-p4)] (9.4)

По последнему уравнению можно установить, что для получения естественного давления следует вертикальные расстояния от центров охлаждения и нагревания до плоскости отсчета I—I умножать на разности плотности воды после и до каждого центра (считая по направлению движе­ния воды). При этом охлаждение над центром нагревания увеличивает циркуляционное давление, нагревание над центром охлаждения его уменьшает (четвертое слагаемое в уравнении получает отрицательное значение, так как Р1<Р5).

Уравнение (9.4) перепишем в общем виде, используемом при проектировании систем водяного отопления:

∆Ре.тр=g∑h i (P i+ 1-P i) (9.5)

Можно сделать вывод: естественное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в трубах циркуляционного кольца, состоящего из N участков, складывается из произведений высоты и, расположения центра охлаждения или нагревания над некоторой плоскостью на разность плотности воды в концах участка, включающего такой центр.

Видно, что естественное циркуляционное давление тем больше, чем выше расположены центры охлаждения над центром нагревания (обычно за плоскость отсчета принимают плоскость, проходящую через центр нагревания). При расположении хотя бы одного из центров охлаждения ниже центра нагревания (ц. О.₄ на pиc. 9.2) естественное циркуляционное давление уменьшается.

Следовательно, в системе отопления с верхней разводкой ∆Рс.тр всегда больше, чем в системе с нижней разводкой, за счет увеличения вертикального расстояния от центров охлаждения в верхней магистрали до центра нагревания.

Дата добавления: 2014-01-04