Системы с естественной циркуляцией воды

Естественное циркуляционное давление - сумма давления Δр_{е. пр}, возникающего за счет охлаждения воды в отопительных приборах, и давления Δр_{е. тр} вызываемого охлаждением воды в теплопроводах:

Δр_е = Δр_{е. пр} - Δр_{е. тр}. (5.5)

Определим величину естественного циркуляционного давления для схемы рис. 5.15. Система состоит из котла 1, теплопроводов 2, соединяющих котел c отопительным прибором 4, и расширительного сосуда 3.

Считаем, что нагрев воды происходит в середине котла, ее охлаждение — в середине отопительного прибора, в теплопроводах вода не охлаждается. Поэтому теплопроводы подающие заполнены горячей водой с температурой t_г, °C, и плотностью ρ_г, кг/м³, а обратные — охлажденной водой с t_o, °С, ρ_о, кг/м³. Подающие теплопроводы — сплошная линия, обратные — прерывистая.

Давление столба воды в сечении обратной магистрали А—А справа

р_пр = g(h_оρ_о +hρ_о + h₁ρ_г + h₂ρ_г) + р_б (5.6)

Давление столба воды в течении А—А слева

р_л = g(h_оρ_о +hρ_г + h₁ρ_г + h₂ρ_г) + р_б (5.7)

где р_б — атмосферное давление, действующее на поверхность воды в расширительном баке.

Естественное давление (равно разности давлений) Δр_е, Па

Δр_е = р_пр - р_л = [g(h_оρ_о + hρ_о + h₁ρ_г + h₂ρ_г) + р_б] –

[g(h_оρ_о + hρ_г + h₁ρ_г + h₂ρ_г) + р_б] = gh (ρ_о - ρ_г). (5.8)

Таким образом, естественное циркуляционное давление равно произведению ускорения свободного падения на вертикальное расстояние от середины котла (центра нагрева) до середины отопительного прибора (центра охлаждения) и разности плотностей охлажденной и горячей воды.

Кроме того, р_б и высота расположения расширительного сосуда не влияют на Δр_е: для его повышения необходимо заглублять котел (увеличить h).

Рис. 5.15. Схема к определению естественного давления в двухтрубной системе водяного отопления

В действительности вода охлаждается и в теплопроводах системы. Общая величина естественного давления ∑Δр_е, Па:

∑Δр_е = gh (ρ_о - ρ_г) + Δр_е.тр, (5.9)

где Δр_е.тр — дополнительное естественное давление от охлаждения воды в теплопроводах с верхним расположением подающей магистрали, см. прил. 4.

При нижним расположением обеих магистралей охлаждение воды в подъемных стояках (горячих) уменьшает действующее давление, а в опускных (обратных) увеличивает. Уменьшение примерно равно увеличению и поэтому не учитывается.

В зданиях в два и более этажей число циркуляционных колец в двухтрубной системе равно числу отопительных приборов (без учета «сцепок»).

В кольце, проходящем через прибор второго этажа:

Δр₂ = gh' (ρ_о - ρ_г) + Δр₁, (5.10)

где Δр₁ — естественное давление в кольце через прибор первого этажа; h' — расстояние от центра прибора первого этажа до центра прибора второго этажа.

В кольце через прибор третьего этажа:

Δр₃ = gh'' (ρ_о - ρ_г) + Δр₂, (5.11)

где Δр₂ — естественное давление в кольце через прибор второго этажа; h'' — расстояние от центра прибора второго этажа до центра прибора третьего этажа.

Избыточное давление для приборов верхних этажей приводит к более интенсивному движению воды в ответвлениях к прибору, в приборе и в обратном стояке, что вызывает перегрев приборов верхних этажей и недогрев приборов нижних этажей. Поэтому при монтаже поэтажно изменяют степень открытия кранов у отопительных приборов,

В однотрубной системе число циркуляционных колец равно числу отопительных стояков. Вода охлаждается последовательно в приборах, присоединенных к стояку.

В проточной однотрубной системе двухэтажного здания (рис. 5.16) естественное давление равно

Δр₂' = gh₁ (ρ_о - ρ_г) + gh₂ (ρ_п - ρ_г). (5.12)

Рис. 5.16. Схема к определению естественного давления в проточной однотрубной системе водяного отопления

Сопоставляя (5.8)—(5.12), получим, что естественное давление в циркуляционном кольце однотрубной системы несколько меньше, чем в циркуляционном кольце через прибор верхних этажей двухтрубной системы, и значительно больше, чем в кольце через прибор первого этажа двухтрубной системы. Для систем двухэтажных зданий Δр₂ > Δр₂' > Δр₁.

Температура воды t_п, °С (см. рис. 7.16)

t_п = t_г - Δt_пр = t_г – (Q_пp.2/(Q_пp.1+Q_пp.2))(t_г – t_o), (5.13) t_х = t_г - Δt_пр = t_г – ((Q_пp.1+Q_пp.2+...+Q_пр.n) /(∑Q_пp))(t_г – t_o), (5.14)

где Δt_пр — перепад температур в первом по направлению движения воды приборе; Q_пp.1+Q_пp.2+...+Q_пр.n — тепловая загрузка отопительных приборов, расположенных выше точки х, в которой определяется температура воды, Вт; ∑Q_пp — тепловая нагрузка всех отопительных приборов, присоединенных к данному стояку, Вт; t_г — температура горячей воды, поступающей в стояк, ^оС; t_o — температура охлажденной воды, выходящей из стояка, ^оС.

Величина естественного давления, создаваемого охлаждением воды в отопительных приборах однотрубных систем с замыкающими участками Δр_е.пр, Па, определяется по формулам.

При верхнем расположении подающей магистрали с осевыми и смещенными замыкающими участками

Δр_е.пр = gh₁' (ρ_см.1 - ρ_г) + gh₂' (ρ_см.2 - ρ_г) +… + gh_пр (ρ_о - ρ_г), (5.15)

где h₁', h₂' — вертикальные расстояния от низа приборов одного этажа до низа приборов следующего этажа, м; h_пр — вертикальное расстояние от центра котла до низа приборов первого этажа, м; ρ_г ρ_см.1,… ρ_о — плотность воды, поступающей в систему, смеси воды на участках и охлажденной воды, кг/м³.

(5.15) аналогична (5.12), но высоты считают от середин приборов этажей.

При нижнем расположении обеих магистралей

Δр_е.пр = gh₁' (ρ_см.1(0) - ρ_см.1(п)) + gh₂' (ρ_см.2(0) - ρ_см.2(п)) +… + gh_пр (ρ₀ - ρ_г), (5.16)

где h₁', h₂' — вертикальное расстояние от центра приборов одного этажа до центра приборов следующего этажа, м; h_пр — вертикальное расстояние от центра котла до центра приборов первого этажа, м; ρ_см.1(п), ρ_см.2(п), … ρ_см.i(п), — плотность смеси воды на участке подъемного стояка (1, 2,… i — номер этажа), кг/м³, ρ_см.1(о), ρ_см.2(о), … ρ_см.i(о) — плотность смеси воды на участке опускного стояка (1, 2,…i — номер этажа), кг/м³.

Температура смеси воды, необходимая для определения плотности, определяется аналогично (5.14):

t_см = t_г – (∑Q_i / Q_ст) Δt_ст, (5.17)

где Q_ст — тепловая нагрузка стояка, Вт; ∑Q_i — тепловая нагрузка всех отопительные приборов стояка, расположенных в системах с подачей воды по схеме «сверху—вниз» вышерассчитываемых приборов, а в системах с подачей воды по схеме «снизу — вверх» — нижерассчитываемых приборов, считая по направлению движения воды, Вт; Δt_ст — температурный перепад теплоносителя в стояке, °С.