10526

90

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]:

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:

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:

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:

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

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-

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:

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

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

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-