10523
.pdf120
котором клапан остается закрытым. При увеличении давления избыток пара че-
рез приоткрывающийся клапан удаляется в атмосферу и заданное давление па-
ра восстанавливается.
Конденсатный насос для перекачки конденсата из бака на тепловую стан-
цию выбирают для подачи в 1 ч. не менее, чем удвоенного количества накапли-
вающегося конденсата. Развиваемого насосом давления должно быть достаточ-
но для подъема конденсата и преодоления конечного давления в точке, куда подается конденсат, с учетом потерь давления в трубах рпот по пути от кон-
денсатного бака.
Если конденсат подается из бака в котел, то давление насоса рн, Па,
определяют по формуле:
рн = 106рп + к(h + 1) + рпот, |
(9.5) |
где к – удельный вес конденсата, Н/м3;
рп – давление пара в котле, МПа;
h – вертикальное расстояние между уровнями конденсата – верхним в котле и нижним в баке, м (с запасом 1 м).
9.4. Гидравлический расчет паропроводов низкого давления
При движении пара по участку паропровода его количество уменьшается вследствие попутной конденсации, снижается также его плотность из-за потери давления. Снижение плотности сопровождается увеличением, несмотря на ча-
стичную конденсацию, объема пара к концу участка, что приводит к возраста-
нию скорости его движения.
В системе низкого давления при давлении пара от 0,005 до 0,02 МПа эти сложные процессы вызывают практически незначительные изменения парамет-
ров пара. Поэтому принимают, что расход пара постоянен на каждом участке, а
плотность пара постоянна на всех участках системы. При этих двух условиях гидравлический расчет паропроводов проводят по уже известному способу рас-
чета по удельной линейной потере давления, исходя из тепловых нагрузок участков. Расчет начинают с ветви паропровода, ведущего к наиболее неблаго-
121
приятно расположенному отопительному прибору, каковым является прибор,
наиболее удаленный от котла.
Для гидравлического расчета паропроводов низкого давления используют таблицы (табл. II.4 и II.5 Справочника проектировщика [6]), составленные при удельном весе 0,634 кг/м3, соответствующей среднему избыточному давлению
пара 0,01 МПа, и эквивалентной шероховатости труб kэ = 0,0002 м (0,2 мм).
В системах низкого и повышенного давления установлена во избежание шума предельная скорость пара: 30 м/с при движении пара и попутного кон-
денсата в трубе в одном и том же направлении и 20 м/с при встречном их дви-
жении. Для ориентации при подборе диаметра паропроводов вычисляют, как и при расчете систем водяного отопления, среднее значение возможной удельной
линейной потери давления Rср, Па/м, по формуле: |
|
Rср = 0,65(рп – рпр) / lпар, |
(9.6) |
где рп – начальное избыточное давление пара, Па; |
|
lпар – общая длина участков паропровода до наиболее удаленного отопи-
тельного прибора, м;
рпр – необходимое давление перед вентилем концевого прибора, Па.
Для преодоления сопротивлений, не учтенных при расчете или введенных
в систему в процессе ее монтажа, оставляют запас давления до 10% расчетной разности давления, т.е. сумма линейных и местных потерь давления по основ-
ному расчетному направлению должна составлять около 0,9(рп – рпр).
После расчета ветви паропровода до наиболее неблагоприятно располо-
женного прибора переходят к расчету ветвей паропровода до других отопи-
тельных приборов. Этот расчет сводится к увязке потерь давления на парал-
лельно соединенных участках основной (уже рассчитанной) и второстепенной
(подлежащей расчету) ветвях. При увязке потерь давления на параллельно со-
единенных участках паропроводов допустима невязка до 15 %. В случае невоз-
можности увязки потерь давления применяют дросселирующую диафрагму.
Диаметр отверстия дросселирующей диафрагмы dд, мм, равен: |
|
dд = 0,92(Qуч2 / рд)0,25, |
(9.7) |
122
где Qуч – тепловая нагрузка участка, Вт;
рд – излишек давления, подлежащий дросселированию, Па.
9.5. Гидравлический расчет паропроводов высокого давления
Расчет паропроводов систем повышенного и высокого давления проводят с учетом изменения объема пара при изменении его давления и уменьшения рас-
хода пара вследствие попутной конденсации. В случае, когда известно начальное давление пара рп и задано конечное давление перед отопительными приборами
рпр, расчет паропроводов выполняют до расчета конденсатопроводов.
Гидравлический расчет выполняют по способу приведенных длин, кото-
рый применяется, когда линейные потери давления являются основными (80%
и более), а потери давления в местных сопротивлениях сравнительно малы.
При расчете линейных потерь давления в паропроводах используют вспомогательную таблицу, составленную для труб с эквивалентной шерохова-
тостью внутренней поверхности kэ = 0,2 мм, по которым перемещается пар,
имеющий условно постоянную плотность 1 кг/м3 (избыточное давление такого пара 0,076 МПа, температура 116,2оС, кинематическая вязкость 21 10-6 м2/с). В
таблицу внесены расход G, кг/ч, и скорость движения w, м/с, пара. Для подбора диаметра труб по таблице вычисляют среднее условное значение удельной ли-
нейной потери давления по формуле:
Rср.усл = 0,8(рп - рпр)ρср / lпар, (9.8)
где ρср – средняя плотность пара, кг/м3, при среднем его давлении в си-
стеме 0,5(рп + рпр).
По вспомогательной таблице получают в зависимости от среднего рас-
четного расхода пара условные значения удельной линейной потери давления
Rусл и скорости движения пара wусл. Переход от условных значений к действи-
тельным, соответствующим параметрам пара на каждом участке, делают по формулам:
R = Rусл / ρср.уч; w = wусл / ρср.уч, |
(9.9) |
123
где ρср.уч – действительное среднее значение плотности пара на участке,
кг/м3, определяемое по его среднему давлению на том же участке.
Действительная скорость пара не должна превышать 80 м/с (30 м/с в си-
стеме повышенного давления) при движении пара и попутного конденсата в одном и том же направлении и 60 м/с (20 м/с в системе повышенного давления)
при встречном их движении.
Таким образом, гидравлический расчет проводится с усреднением значе-
ний плотности пара на каждом участке, а не в целом для системы, как это дела-
ется при гидравлических расчетах систем водяного отопления и парового отоп-
ления низкого давления.
Потери давления в местных сопротивлениях, составляющие всего не бо-
лее 20 % общих потерь, определяют через эквивалентные им потери давления по длине труб. Эквивалентную местным сопротивлениям дополнительную дли-
ну трубы находят по формуле:
lэкв = ξ(dв /λ). |
(9.10) |
Значения dв /λ приведены в таблице II.7 Справочника проектировщика
[6]. Видно, что эти значения должны возрастать с увеличением диаметра труб.
Действительно, если, например, для трубы Dу = 15 мм dв /λ = 0,33 м, то для тру-
бы Dу = 50 мм оно составляют 1,85 м. Эти цифры показывают длину трубы, при которой потеря давления на трение равна потере в местном сопротивлении с
коэффициентом ξ = 1,0.
Общие потери давления руч на каждом участке паропровода с учетом эк-
вивалентной длины определяют по формуле: |
|
руч = R(l + lэкв) = Rlприв, |
(9.11) |
где lприв = l + lэкв – расчетная приведенная длина участка, м, включающая фактическую и эквивалентную местным сопротивлениям длины участка.
Для преодоления сопротивлений, не учтенных при расчете по основным направлениям, оставляют запас не менее 10 % расчетного перепада давления.
При увязке потерь давления в параллельно соединенных участках допустима,
как и при расчете паропроводов низкого давления, невязка до 15 %.
124
В системах высокого давления в большинстве случаев гидравлический расчет паропроводов выполняют после расчета конденсатопроводов, в резуль-
тате которого определяется давление перед отопительными приборами рпр (с
проверкой его допустимости по температуре tп). Далее, если известно началь-
ное давление пара рп в распределительном коллекторе, расчет паропроводов делают как указано выше. Если же давление рп не задано, то его находят, про-
водя расчет по предельно допустимой скорости движения пара.
9.6. Система пароводяного отопления
Пароводяную систему отопления применяют при централизованном теп-
лоснабжении промышленного предприятия паром и необходимости устройства в одном из зданий водяного отопления.
Систему пароводяного отопления применяют также в верхней части вы-
сотных зданий, куда без больших затруднений может быть подан первичный теплоноситель – пар. При вертикальном подъеме пара – теплоносителя с малой плотностью – обеспечивают лишь отведение попутно образующегося конден-
сата. Конденсат удаляется через конденсатоотводчики в конденсатопровод, по которому стекает конденсат из вышерасположенного теплообменника. Так устроено, в частности, отопление верхней (четвертой) зоны центральной части главного корпуса Московского государственного университета.
Подобная система пароводяного отопления называется централизован-
ной. В централизованной системе вода может нагреваться в емкостном или скоростном теплообменнике.
В емкостном теплообменнике вода заполняет цилиндрический корпус, а
пар поступает в двухходовой змеевик, находящийся в нижней части корпуса.
Пар подается в верхний патрубок змеевика, в змеевике превращается в конден-
сат, который удаляется через нижний патрубок змеевика, не смешиваясь с во-
дой, циркулирующей в системе отопления. Нагреваемая вода попадает в тепло-
обменник снизу, нагретая более легкая вода через верхний патрубок попадает в систему отопления.
125
Емкостные теплообменники отличаются незначительным сопротвилени-
ем (ξ = 2,0) движению через них воды, поэтому могут применяться в системе отопления с естественной циркуляцией воды. Система может быть выполнена по любой известной схеме с верхней разводкой подающей магистрали.
Существенным недостатком емкостных теплообменников является их громоздкость, связанная с тем, что коэффициент теплопередачи змеевиков не превышает при стальных трубах 700 Вт/(м2 К), при латунных или медных тру-
бах - 840 Вт/(м2 К). Благодаря большому объему находящейся в теплообменни-
ках воды пар в них может подаваться с большими или меньшими перерывами в зависимости от температуры наружного воздуха.
Существенно меньшие размеры имеют скоростные теплообменники, в
которых нагреваемая вода движется последовательно через два пучка стальных или латунных трубок с большой скоростью (от 0,5 до 2,5 м/с). Теплоноситель пар подается сверху в межтрубное пространство цилиндрического корпуса,
конденсат отводится снизу. Площадь нагревательной поверхности трубок ско-
ростных теплообменников значительно меньше площади змеевика емкостных теплообменников в связи с повышением (примерно в три раза) коэффициента теплопередачи. Вследствие большого гидравлического сопротивления скорост-
ные теплообменники могут применяться только в системе отопления с насос-
ной циркуляцией воды. Для регулирования температуры воды, поступающей в систему отопления, вокруг теплообменников устраивают обводную линию с регулирующим клапаном.
В системе пароводяного отопления для обеспечения бесперебойной рабо-
ты устанавливают два теплообменника, каждый из которых рассчитывается на половину тепловой мощности системы.
Вдецентрализованной системе пароводяного отопления вода нагревается паром непосредственно в отопительных приборах.
Водной из конструкций децентрализованной системы применяются стандартные чугунные радиаторы, в нижнюю часть которых закладываются перфорированные трубы (рис. 9.4, а) с заглушенным концом. С одной стороны
126
в эти трубы подается пар, который через ряд мелких отверстий выходит в ради-
атор. Образующийся конденсат заполняет радиаторы, и во время работы систе-
мы отопления радиаторы всегда залиты конденсатом до уровня верхней слив-
ной подводки.
Рис. 9.4. Отопительные приборы децентрализованной пароводяной системы отопления: а – стандартный чугунный радиатор; б – стальной безнапорный радиатор; 1 – паровой стояк; 2 – паровой вентиль; 3 – чугунный радиатор; 4 – конденсатный стояк; 5 – вентиль (нормально закрыт); 6 – перфорированная труба; 7 – стальной радиатор; 8 - водоналивной патрубок; 9 – водонагревательная труба
Необходимая температура воды в радиаторах поддерживается путем впуска в них большего или меньшего количества пара через подводку, начина-
ющуюся от парового стояка несколько выше верха приборов. Излишек конден-
сата сливается в конденсатный бак.
Выпуск воды из радиаторов в случае необходимости осуществляется че-
рез нормально закрытый вентиль на нижней конденсатной подводке в конден-
сатный стояк.
В другой конструкции децентрализованной системы (рис. 9.4, б) пар из парового стояка подается в водонагревательную трубу (без отверстий), поме-
щенную также в нижней части приборов. Стальные безнапорные приборы – ра-
диаторы заполняются водой через специальный патрубок в их верхней части.
Вода в радиаторах нагревается при теплопередаче через стенки трубы в процессе конденсации пара. Конденсат удаляется через конденсатную подводку в стояк. Достоинствами децентрализованной системы пароводяного отопления являются меньший расход металла по сравнению с обычными системами водя-
ного отопления и пониженная температура поверхности радиаторов (в системе парового отопления даже низкого давления она составляет 100 °С и выше).
127
Недостатки этой системы существенны. К ним относятся сложное регу-
лирование, шум и вероятность гидравлических ударов в отопительных прибо-
рах. В связи с этим децентрализованная система пароводяного отопления ши-
рокого распространения не получила.
10.ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ
10.1.Системы воздушного отопления
Всистемах воздушного отопления используется атмосферный воздух.
Воздушное отопление имеет много общего с другими видами централизованно-
го отопления. И воздушное, и водяное отопление основаны на передаче тепло-
ты в отапливаемые помещения от охлаждающегося теплоносителя.
В центральных системах воздушного отопления, как и в системах водяно-
го и парового отопления, имеются теплогенератор (центральная установка для нагревания воздуха) и теплопроводы (каналы или воздуховоды для перемеще-
ния теплоносителя).
Воздух для отопления обычно является вторичным теплоносителем, так как нагревается в калориферах другим, первичным теплоносителем – горячей водой или паром. Таким образом, системы воздушного отопления фактически становятся комбинированными – водовоздушными или паровоздушными. Для нагревания воздуха используют также другие отопительные приборы и иные теплоисточники. В системах воздушного отопления воздух, нагретый до темпе-
ратуры более высокой, чем температура воздуха в помещениях, отдает избыток теплоты и, охладившись, возвращается для повторного нагревания. Этот про-
цесс может осуществляться двумя способами:
нагретый воздух, попадая в обогреваемое помещение, смешивается с окружающим воздухом и охлаждается до температуры этого воздуха;
нагретый воздух не попадает в обогреваемое помещение, а перемещает-
ся в окружающих помещение каналах, нагревая их стенки.
В настоящее время распространен первый способ (рассматриваемый в
данной главе).
128
Известно одно из достоинств применяемой центральной системы воздуш-
ного отопления – отсутствие отопительных приборов в обогреваемых помеще-
ниях. Однако если радиус действия системы воздушного отопления сужается до одного помещения, то воздухонагреватель может устанавливаться непосред-
ственно в этом помещении, и тогда система становится местной. Отличие от си-
стемы водяного отопления в этом случае будет в том, что тепловая мощность воздухонагревателя значительно больше мощности одного обычного отопитель-
ного прибора, и в помещении создается интенсивная циркуляция воздуха.
Местной делают систему воздушного отопления, если в помещении от-
сутствует центральная система приточной вентиляции, а также при незначи-
тельном объеме приточного воздуха, подаваемого в течение часа (менее поло-
вины объема помещения). Для воздушного отопления характерно повышение санитарно-гигиенических показателей воздушной среды помещения. Могут быть обеспечены подвижность воздуха, благоприятная для нормального само-
чувствия людей, равномерность температуры помещения, а также смена,
очистка и увлажнение воздуха. Кроме того, при устройстве местной системы воздушного отопления достигается экономия металла.
Вместе с тем воздушное отопление не лишено существенных недостат-
ков. Как известно, площади поперечных сечений и поверхности воздуховодов из-за малой теплоаккумулирующей способности воздуха во много раз превы-
шают сечения и поверхности водяных и паровых теплопроводов. В сети значи-
тельной протяженности воздух заметно охлаждается, несмотря на то, что воз-
духоводы покрывают тепловой изоляцией. По этим причинам применение цен-
тральных систем воздушного отопления в сравнении с другими системами мо-
жет оказываться экономически нецелесообразным.
Возможность совмещения воздушного отопления с приточной вентиля-
цией в холодный период, с охлаждением помещений в летний период сближает воздушное отопление с вентиляцией и кондиционированием воздуха, и пред-
определяет дополнительное рассмотрение общих вопросов при изучении соот-
ветствующих дисциплин.
129
10.2. Схемы систем воздушного отопления
На рисунке 10.1 даны принципиальные схемы местных систем воздушного отопления. Чисто отопительные системы с полной рециркуляцией теплоносителя воздуха могут быть бесканальными (рис. 10.1, а) и канальными (рис. 10.1, б).
При бесканальной системе внутренний воздух, имеющий температуру tв,
нагревается первичным теплоносителем в калорифере до температуры tг и пере-
мещается вентилятором в обогреваемое помещение.
Наличие вертикального канала для горячего воздуха обусловливает возник-
новение естественного давления, обеспечивающего циркуляцию внутреннего воз-
духа через калорифер и подачу его в помещение. Эти две схемы применяют для местного воздушного отопления помещений, не нуждающихся в искусственной приточной вентиляции.
Для местного воздушного отопления помещения одновременно с его при-
точно-вытяжной вентиляцией используют две другие схемы (рис. 10.1, в, г).
Рис. 10.1. Принципиальные схемы местных систем воздушного отопления: а, б – полностью рециркуляционные; в – частично рециркуляционная; г – прямоточная; 1 – отопительный агрегат; 2 – рабочая (обслуживаемая) зона; 3 – канал с нагретым воздухом; 4 – теплообменник (калорифер); 5 - наружный воздухозабор; 6 – рециркулирующий воздух; 7 – вытяжная вентиляция