10524
.pdf90
ния с естественной циркуляцией воды. Гидравлический расчет систем отопле-
ния проводят, пользуясь уже известными общепринятыми приемами, по прави-
лам, описанным в разделе 7.3.
Предварительный гидравлический расчет проводят исходя из приблизи-
тельного значения расчетного циркуляционного давления ррп Па, вычисляемо-
го для двухтрубной системы отопления по эмпирической формуле [5]:
ррп = g(bhг(l + hг) h1 (ρо – ρг)), |
(7.21) |
где b – коэффициент, принимаемый равным 0,4 кг/м-4 при изолирован-
ном главном стояке и неизолированных остальных трубах; b = 0,34 кг/м-4 – при изолированных главном стояке и обратной линии; b = 0,16 кг/м-4 – при всех изолированных трубах;
hг – превышение подающей магистрали над центром нагревания воды в котле, м;
l – расстояние по горизонтали от расчетного стояка до котла, м;
h1 – расстояние по вертикали от центра отопительного прибора до центра нагревания воды в котле (со знаком плюс, если центр отопительных приборов расположен выше центра котла; со знаком минус, если центр отопительных приборов расположен ниже центра котла), м.
В формуле (7.21) знак «плюс» соответствует расположению центра охла-
ждения выше центра нагревания, знак «минус» – ниже центра нагревания.
Первый (и основной) член правой части формулы (7.21) выражает ориен-
тировочное значение ре.тр – естественного циркуляционного давления, возни-
кающего вследствие охлаждения воды в теплопроводах. Вычислить его значе-
ние точно невозможно, так как еще неизвестны диаметр труб и температура во-
ды в них. Второй член определяет значение ре.пр – естественного циркуляци-
онного давления, связанного с охлаждением воды в отопительных приборах,
которое может способствовать или противодействовать циркуляции воды в си-
стеме. Предварительный гидравлический расчет выполняют, определяя расход воды по формуле (7.2) в предположении, что теплопотери помещений возме-
91
щаются только приборами (без учета теплоотдачи теплопроводов). После вы-
бора диаметра труб и вычисления потерь давления в системе проводят тепло-
вой расчет труб с получением значений температуры воды на участках систе-
мы. Тепловой расчет труб выполняется, исходя из следующих основных поло-
жений. Теплоотдача теплопровода Qтр на участке длиной lтр может быть найде-
на по следующей зависимости:
Qтр = qтр lтр, |
(7.22) |
где qтр – теплоотдача 1 м вертикально или горизонтально проложенного теплопровода [6] при известной начальной температуре теплоносителя, т.е. по
разности температуры (tнач – tв).
Теплоотдачу Qтр можно считать равной изменению энтальпии теплоноси-
теля воды при ее движении от начала до конца участка теплопровода:
Qтр = Gт с(tнач – tкон), |
(7.23) |
где Gт – расход воды на участке, кг/ч;
tнач и tкон – температура воды соответственно в начале и конце участка, °С.
Найдем температуру воды в конце участка:
tкон = tнач - qтр lтр /(сGт). |
(7.24) |
При тепловом расчете длинных участков расчет приходится для уточне-
ния выполнять дважды, исходя при вторичном определении не из начальной, а
из средней температуры воды на участке. Тепловой расчет начинают с первого участка от теплообменника, считая tнач = tг. Принимая найденную tкон в качестве tнач для последующего участка, продолжают расчет и таким путем определяют температуру (а, следовательно, и плотность) воды в каждой узловой точке си-
стемы, в том числе при входе воды в приборы.
Уточняющий гидравлический расчет проводят, если обнаружится значи-
тельное расхождение между подсчитанными потерями давления в системе рпот
и действительным располагаемым циркуляционным давлением ррд, которое определяют по формуле:
92
N |
|
|
ррд = = g( hi (ρi+1 – ρi) hi (ρод – ρг)). |
|
(7.25) |
1 |
|
|
Гидравлический расчет системы уточняют, если рпот |
|
0,85 ррд или |
рпот ррд. Однако в этом случае при гидравлическом пересчете допустимо тепловой расчет труб не повторять.
Если окажется, что рпот 0,7 ррд или рпот 1,15 ррд, то уточняют не только гидравлический расчет, но и тепловой расчет труб, т.е. фактически зано-
во проводят весь расчет. При удачно выполненном предварительном гидравли-
ческом расчете, когда рпот = (0,85…1,0) ррд, гидравлический и тепловой рас-
четы оставляют без изменений.
Данные теплового расчета труб используют при расчете площади отопи-
тельных приборов. Необходимую тепловую мощность Qпр |
каждого прибора |
вычисляют по уравнению: |
|
Qпр = Qп - kп Qтр, |
(7.26) |
где Qп – расчетная теплопотребность помещения;
kп Qтр – суммарная полезная теплоотдача имеющихся в помещении теп-
лопроводов, известная из теплового расчета труб.
8. ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ И ИХ ОБОРУДОВАНИЕ
8.1. Теплоснабжение систем водяного отопления
Теплоисточником для системы водяного отопления являются местные во-
догрейные котельные (местное теплоснабжение), размещаемые в отапливаемом здании или близ него, и централизованные водяные системы теплоснабжения,
при которых используется высокотемпературная вода, поступающая в здание из отдаленных теплоисточников – ТЭЦ или центральной тепловой станции. В зави-
симости от источника теплоснабжения изменяются оборудование местных теп-
ловых пунктов систем отопления и их принципиальные схемы (рис. 8.1).
93
Принципиальная схема системы насосного водяного отопления при мест-
ном теплоснабжении от собственной водогрейной котельной в отапливаемом здании показана на рисунке 8.1, а. Воду, нагреваемую в котлах, перемещает циркуляционный насос, включенный в общую подающую или обратную маги-
страль, к которой, как изображено на схеме, присоединен также расширитель-
ный бак. Систему заполняют водой из водопровода. При централизованном во-
дяном теплоснабжении применяют три способа присоединения системы насосно-
го водяного отопления к наружным теплопроводам.
Независимая схема присоединения системы насосного водяного отопле-
ния (рис. 8.1, б) близка по своим элементам к схеме при местном теплоснабже-
нии. Лишь котлы заменяют теплообменниками и систему заполняют деаэриро-
ванной водой из наружной тепловой сети, используя высокое давление в ней или специальный подпиточный насос, если это давление недостаточно высоко.
При независимой схеме создается местный теплогидравлический режим в системе отопления при пониженной температуре греющей воды (tг t1). Пер-
вичная вода после теплообменников должна иметь температуру выше темпера-
туры обратной воды в системе отопления (t2 tо). Если, например, расчетная температура tо = 70оС, то для сокращения площади нагревательной поверхности теплообменников температура t2 должна быть не ниже 75°С.
Преимуществом независимой схемы, кроме обеспечения теплогидравли-
ческого режима, индивидуального для каждого здания, является возможность сохранения циркуляции с использованием теплосодержания воды в течение не-
которого времени, обычно достаточного для устранения аварийного поврежде-
ния наружных теплопроводов.
Зависимая схема присоединения системы отопления со смешением воды
(рис. 8.1, в) проще по конструкции и в обслуживании. Эту схему выбирают, ко-
гда в системе требуется температура воды tг t1 и допускается повышение гид-
ростатического давления до давления, под которым находится вода в наружном обратном теплопроводе.
94
Рис. 8.1. Схемы системы насосного водяного отопления: а – при местном теплоснабжении; б – с присоединением к наружным теплопроводам централизованного теплоснабжения по независимой схеме; в – то же по зависимой схеме со смешением воды; г – то же по зависимой прямоточной схеме; 1 – циркуляционный насос; 2 – теплогенератор (водогрейный котел); 3 – подача топлива; 4 – расширительный бак; 5 – отопительные приборы; 6 – водопровод; 7 – теплообменник; 8 – подпиточный насос; 9, 10 – наружные, соответственно, подающий и обратный теплопроводы; 11 – смесительная установка
Смешение обратной воды из системы отопления с высокотемпературной водой из наружного подающего теплопровода осуществляют при помощи смеси-
тельного аппарата – насоса или водоструйного элеватора. Насосная смеситель-
ная установка имеет преимущество перед элеваторной. Ее КПД выше, в случае аварийного повреждения наружных теплопроводов возможно, как и при незави-
симой схеме присоединения, сохранение циркуляции воды в системе отопления.
Недостатком зависимой схемы присоединения со смешением является
95
незащищенность системы от повышения в ней гидростатического давления,
непосредственно передающего через обратный теплопровод, до значения,
опасного для целостности отопительных приборов и арматуры.
Зависимая прямоточная схема присоединения системы отопления к наружным теплопроводам наиболее проста по конструкции и в обслуживании.
В системе отсутствуют такие элементы, как теплообменник или смесительная установка, циркуляционный и подпиточный насосы, расширительный бак (рис. 8.1, г). Прямоточную схему применяют, когда в системе допускаются подача высокотемпературной воды (tг = t1) и значительное гидростатическое давление,
или при прямой подаче низкотемпературной воды. Недостатками зависимой прямоточной схемы являются невозможность местного регулирования темпе-
ратуры горячей воды и зависимость теплового режима здания от температуры воды в наружном подающем теплопроводе. Высота зданий, в которых исполь-
зуют высокотемпературную воду, ограничена вследствие необходимости со-
хранить в системе гидростатическое давление, достаточно высокое для предот-
вращения вскипания воды.
8.2. Тепловые пункты систем водяного отопления
Теплопотребляющие системы зданий присоединяют к тепловым сетям в тепловых пунктах. Тепловые пункты представляют собой узлы подключения потребителей тепловой энергии и предназначены для подготовки теплоносите-
ля, регулирования его параметров перед подачей в местные системы и для уче-
та потребления теплоты.
Тепловые пункты подразделяют на индивидуальные (ИТП) и централь-
ные (ЦТП). Индивидуальные тепловые пункты сооружают для отдельных зда-
ний и располагают в центре тепловой нагрузки. Схемы ИТП и его размеры за-
висят от присоединенной тепловой нагрузки (только отопление, или отопление и вентиляция, или отопление, вентиляция и горячее водоснабжение), а также рельефа местности, высоты здания, особенностей абонентских систем.
Номенклатура оборудования ИТП сравнительно невелика. К ней относят
96
насосы, элеваторы, грязевики, различную арматуру, трубы, контрольно-
измерительные приборы, тепловую изоляцию.
Индивидуальные тепловые пункты размещают в технических подпольях и в подвалах зданий. Допускается размещение ИТП в отдельностоящих зданиях.
Принципиальная схема местного теплового пункта при зависимом присо-
единении системы водяного отопления к наружным теплопроводам со смеше-
нием воды при помощи водоструйного элеватора дана на рис. 8.2.
Рис. 8.2. Схема местного теплового пункта при зависимом присоединении системы водяного отопления к наружным теплопроводам со смешением воды с помощью водоструйного элеватора: 1 – задвижка; 2 – грязевик; 3 – термометр; 4 – ответвления к системам вентиляции и горячего водоснабжения; 5 – регулятор расхода; 6 – обратный клапан; 7 – водоструйный элеватор; 8 – манометр; 9 – тепломер; 10 – регулятор давления
Рис. 8.3. Схема местного теплового пункта при зависимом прямоточном присоединении системы водяного отопления к наружным теплопроводам: 1 – задвижка; 2 – грязевик; 3 – термометр; 4 – манометр; 5 – регулятор расхода; 6 – обратный клапан; 7 – тепломер; 8 – регулятор давления
97
8.3. Циркуляционный насос системы водяного отопления
Общим для всех схем, изображенных на рисунке 8.1, является примене-
ние насоса для искусственного побуждения движения воды в системе отопле-
ния. В первых двух схемах (рис. 8.1, а, б) циркуляционный насос включают непосредственно в магистрали системы отопления здания. В зависимых схемах
(рис. 8.1, в, г) циркуляционный насос помещают на тепловой станции, и он со-
здает давление, необходимое для циркуляции воды, как в наружных теплопро-
водах, так и в местной системе отопления.
Насос, действующий в замкнутых кольцах системы отопления, заполнен-
ных водой, не поднимает, а только перемещает воду, создавая циркуляцию, и
поэтому называется циркуляционным. В процессах заполнения и возмещения потери (утечки) воды в системе отопления циркуляционный насос не участвует.
Заполнение происходит под воздействием давления в наружных теплопроводах,
в водопроводе или, если этого давления недостаточно, с помощью специального подпиточного насоса. Циркуляционный насос включался, как правило, в обрат-
ную магистраль системы отопления для увеличения срока службы деталей, вза-
имодействующих с горячей водой. Прежде всего, это относилось к общепро-
мышленным насосам. Вообще же для создания циркуляции воды в замкнутых кольцах местоположение циркуляционного насоса безразлично. При необходи-
мости несколько понизить гидравлическое давление в теплообменнике или котле насос может быть включен и в подающую магистраль системы отопления, если его конструкция рассчитана на перемещение более горячей воды.
Мощность циркуляционного насоса определяется количеством переме-
щаемой воды и развиваемым при этом давлением.
Количество воды, подаваемой насосом за данный промежуток времени,
отнесенное к этому промежутку (обычно к 1 ч.), называют подачей насоса Lн,
м3/ч. В технике отопления объемную подачу насосом горячей воды заменяют массовым расходом Gн, кг/ч, не зависящим от температуры воды:
Gн = ρLн, (8.1)
где ρ – средняя плотность воды в системе отопления, кг/м3.
98
Для циркуляционного насоса, включенного в общую магистраль, расход
перемещаемой воды Gн равен общему расходу воды в системе отопления Gс:
Gн = Gс. |
(8.2) |
Общий расход воды Gс, кг/ч, составляет: |
|
Gс = 3600 Qс / (с(tг – tо)), |
(8.3) |
где Qс – тепловая мощность системы отопления, Вт; |
|
с – удельная массовая теплоемкость воды, с = 4187 Дж/(кг оС); |
|
tг и tо – расчетная температура, соответственно, подающей и обратной во-
ды в системе отопления, °С.
Циркуляционным давлением насоса называют создаваемое насосом по-
вышение давления в потоке воды, необходимое для преодоления сопротивле-
ния ее движению в системе отопления, в которую он включен. Циркуляционное
давление насоса обозначают рн.
Практически циркуляционное давление насоса считают равным разности
гидростатического давления в нагнетательном и всасывающем патрубках |
|
рн = рнаг - рвс. |
(8.4) |
Возможны три случая определения необходимого значения рн.
В вертикальной системе насосного водяного отопления всегда действует,
помимо давления, создаваемого насосом, естественное циркуляционное давле-
ние ( ре). Следовательно, если потери давления при циркуляции воды в систе-
ме известны (обозначим их рс), то необходимое циркуляционное давление
насоса рн должно составить: |
|
рн = рс - ре. |
(8.5) |
В этом случае определения значения рн по формуле (8.5) потери давле-
ния при циркуляции воды в системе отопления рс получают из гидравлическо-
го расчета. Акустическое ограничение скорости связано с возникновением шу-
ма при движении воды через арматуру систем отопления, недопустимого во многих зданиях по их назначению (например, в жилых зданиях). Поэтому в СНиП установлена предельно допустимая скорость движения воды в трубах
99
систем отопления, связанная с назначением здания и видом применяемой в си-
стеме арматуры. Следовательно, проводя гидравлический расчет при скорости движения воды в трубах, равной или близкой к предельно допустимой, можно получить бесшумную, достаточно экономичную по капитальным затратам си-
стему. Затем, определив потери давления в ней (включая потери в трубах и оборудовании теплового пункта), найти значение рн по формуле (8.5).
Во втором случае значение рн можно получить, заранее выбрав типо-
размер насоса. Тогда, добавив к нему естественное циркуляционное давление
ре, определяют исходное значение (расчетное) циркуляционного давления для проведения гидравлического расчета. Оба эти случая применимы к схемам си-
стемы водяного отопления, изображенным на рисунке 8.1, а, б, которые имеют собственные циркуляционные насосы.
Возможен и третий случай, относящийся к зависимым схемам присоеди-
нения систем отопления, приведенным на рисунке 8.1, в, г. В этом случае зна-
чение рн фактически задается, как разность давления в наружных теплопрово-
дах в месте ввода их в здание. Здесь, в частности, возможно присоединение си-
стемы к наружным теплопроводам через водоструйный элеватор. При его ис-
пользовании давление рн определяется по формуле (8.16). Ранее в практиче-
ских расчетах для выбора значения рн, Па, использовали соотношение:
рн = 100 l, (8.6)
в котором принимается средняя потеря давления 100 Па на 1 м длины ос-
новного циркуляционного кольца системы отопления (длина кольца l, м).
Выбор давления насоса по формуле (8.6) предопределяет понижение ско-
рости движения воды в трубах не менее, чем в 3 раза против предельно допу-
стимой. Это не только увеличивает металлоемкость и стоимость системы
(вследствие увеличения диаметра труб), но и приводит к отрицательным явле-
ниям при действии системы отопления – нарушению гидравлического режима и понижению тепловой устойчивости. Поэтому соотношение (8.6) следует при-
менять только для системы отопления с водоструйным элеватором, работаю-