Затрата тепла на отопление

В холодное время года в помещении для поддержания заданной температуры должно существовать равенство между количеством теряемого и поступающего тепла. Потеря тепла вызвана теплопередачей через наружные ограждения, нагреванием холодного воздуха, проникающего снаружи или подаваемого для вентиляции, нагреванием поступающих холодных транспорт- ных средств, изделий, одежды и материалов, эндотермическими технологическими процессами (например, при испарении влаги).

Тепло в помещение поступает от людей, бытового и технологического оборудования и процессов, источников искусственного освещения, нагретых материалов, изделий и приточного вентиляционного воздуха, солнечной радиации. Величина каждой из перечисленных статей расхода и прихода тепла изменяется в течение рабочего дня, суток, недели и всего холодного периода года (отопительного сезона), причем потери тепла в общем заведомо возрастают по мере понижения температуры наружного воздуха.

Для каждой местности на основании многолетних наблюдений выбирается, как ее называют, расчетная для отопления температура наружного воздуха. При этой сравнительно низкой температуре потери тепла достигают своей расчетной величины, близкой к максимально возмож-ной (при абсолютно минимальной температуре).

Теплопоступления имеют переменный характер даже в течение рабочего дня; возможно кратковременное возрастание их до величины, составляющей значительную часть теплопотерь и даже превышающей последние. В нерабочее время, особенно ночью и в праздничные дни, по-

поступление тепла сокращается, а иногда и совсем отсутствует. Для каждого помещения устанавливается расчетный минимум теплопоступлений, устойчивый в течение определенного про-межутка времени.

В помещениях с постоянным рабочим режимом (например, в жилых, некоторых промышленных и сельскохозяйственных зданиях) наибольшая затрата тепла на отопление (обычно в течение одного часа) определяется как разность между расчетными теплопотерями и минимальными теплопоступлениями.

В помещениях с переменным режимом (например, в общественных, большинстве промышленных зданий) рассматриваются два периода: рабочий, когда теплопотери могут превышать теплопоступления (отопление необходимо) или, наоборот, теплопотери всегда меньше теплопо-ступлений (отопление не требуется), и нерабочий, когда отопление обычно необходимо. Отопление, действующее в нерабочее время, называется дежурным. При дежурном отоплении температура воздуха в целях экономии тепла может понижаться против рабочей до минимально возможной по условиям эксплуатации помещения (например, в «сухом» промышленном помещении до температуры +5⁰C).

Сопоставление расчетных часовых теплопотерь и теплопоступлений, описанное выше, называется сведением теплового баланса помещения.

Во всех случаях, когда в течение расчетного часа получается отрицательный тепловой баланс, возникает потребность в отоплении помещения и определяется расчетный расход тепла на отопление.

Расчетный расход тепла на отопление обусловливает тепловую мощность отопительной установки, причем по мере уменьшения расчетных теплопоступлений при прочих равных условиях эта мощность будет возрастать.

При эксплуатации отопительной установки выбранной тепловой мощности текущие затраты тепла в большинстве случаев меньше расчетного значения. Расчетной величины затраты тепла достигают только при расчетной температуре наружного воздуха, и тогда тепловая мощность отопительной установки используется целиком. Текущие — уменьшенные затраты тепла на отопление имеют место в течение почти всего времени отопительного сезона в связи с уменьшением теплопотерь, а также при увеличении теплопоступлений против расчетных величин. В это время тепловая мощность отопительной установки должна использоваться частично. На практике тепловой поток от отопительной установки в помещение сокращается путем регулирования температуры и количества теплоносителя, а также уменьшения количества используемого топлива.

2.1.3. Характеристика систем отопления

К отопительной установке, как одной из строительно-технологических установок здания, предъявляются разнообразные требования. Все требования, наиболее полно выражающиеся применительно к помещениям постоянного или длительного пребывания людей, можно разделить на пять групп:

1 — санитарно-гигиенические — поддержание определенной и равномерной температуры во времени, в плане и по высоте помещения без усиленной подвижности воздуха, а также ограничение температуры поверхности отопительных приборов;

2 — экономические — ограничение первоначальной стоимости и стоимости эксплуатации, уменьшение расхода металла;

3 — строительные — соблюдение соответствия архитектурно-планировочному решению помещения, размещение отопительных элементов в увязке, а иногда совмещенно со строительными конструкциями, ограничение срока выполнения монтажных работ, осуществление ремонта без повреждения основных конструкций здания;

4 — монтажные — изготовление минимального числа унифицированных и обезличенных деталей и узлов в заводских условиях, сокращение затрат ручного труда при сборке в целях повышения производительности труда;

5 — эксплуатационные — обеспечение долговечности, простоты и удобства управления и ремонта, бесшумности и безопасности действия, тепловой надежности.

Понятие тепловая надежность выражает требование выполнения отопительной установкой своего назначения в течение всего отопительного сезона. Установка должна обладать способностью передавать в каждое отапливаемое помещение изменяющееся количество тепла в соответсттвии с теплопотребностью.

Деление требований на пять групп является до некоторой степени условным, так как в эти группы входят требования, относящиеся как к периоду строительства, так и эксплуатации зданий.

Отопительная установка для осуществления возлагаемых на нее задач выполняется из отдельных технологически связанных частей, составляющих систему отопления. Система отопления — это комплекс конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепла во все обогреваемые помещения.

Основные конструктивные элементы системы отопления (рис. 2.1):

2.1.

теплообменник 1 — элемент для получения тепла при сжигании топлива или от другого источника 4; отопительный прибор 2 — элемент для передачи тепла в помещение; теплопровод 3 — элемент для переноса тепла от теплообменника к отопительному прибору.

Перенос тепла может осуществляться при помощи жидкой или газообразной среды. Жидкая (вода) или газообразная (пар, воздух, газ) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем. В зависимости от вида теплоносителя системы отопления подраз-деляются на водяные, паровые, воздушные и газовые. При использовании для отопления электричества тепло может переноситься также через твердую среду.

2.1.

Системы отопления подразделяются на две группы: местные и центральные. В местных системах для отопления одного помещения все три основных элемента конструктивно объединены в одной установке, непосредственно в которой происходят получение, перенос и передача тепла в помещение. Теплопереносящая среда нагревается горячей водой, паром, электричеством или при сжигании какого-либо топлива, например в печке. Передача тепла осуществляется излучением и свободной или вынужденной конвекцией. В местной системе отопления с использованием электричества теплоперенос может осуществляться без теплоносителя — непосредственно через твердую среду.

Центральными называются системы, предназначенные для отопления нескольких помещений из единого теплового центра. Теплообменник и приборы таких систем отопления отделены друг от друга: теплоноситель нагревается в теплообменнике, находящемся в тепловом центре, перемещается по теплопроводам в отдельные помещения и, передав тепло через отопительные приборы в них, возвращается в тепловой центр.

К центральным относятся системы водяного, парового и воздушного отопления.

Характерным примером центральной системы отопления является система водяного отопления здания с собственной котельной. Центральная система отопления может быть районной, когда группа зданий отапливается из центральной тепловой станции. Теплообменник и отопительные приборы системы здесь также разделены· теплоноситель нагревается в теплообменнике, находящемся на тепловой станции, перемещается по наружным и внутренним теплопроводам в отдельные помещения каждого здания и, передав тепло через отопительные приборы в них, возвращается на станцию.

По способу создания циркуляции воды различаются системы водяного отопления с естественной циркуляцией (гравитационные системы) и с механическим побуждением циркуляции воды при помощи насосов (насосные системы). В гравитационной (лат. gravitas — тяжесть) системе используется различие в плотности воды, нагретой до различной тем-пературы. В системе с неоднородным распределением плотностипод действием гравитационного поля Земли возникает естественное движение воды.

В насосной системе используется электрический насос для повышения гидравлического давления; в системе создается вынужденное движение воды в дополнение к гравитационному.

Системы водяного отопления в зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами называются однотрубными и двухтрубными. В каждом стояке или ветви однотрубной системы приборы соединяются одной трубой и вода протекает последовательно через все

приборы. В двухтрубной системе каждый прибор отдельно присоединяется к двум трубам — подающей и обратной, и вода протекает через него независимо от других приборов.

Как я уже говорил, в настоящее время паровые системы отопления практически не применяются из-за экономически невыгодного использования пара.

Нагревание воздуха, служащего теплоносителем, от температуры помещения до температуры, обычно не превышающей 70⁰С, происходит в специальных отопительных приборах — калориферах. Калориферы изнутри могут обогреваться паром, водой, электричеством или горячими газами; система воздушного отопления соответственно называется водовоздушной, паровоздушной, электровоздушной, газовоздушной.

Системы водяного отопления кроме того разделяются на низкотемпературные с предельной температурой горячей воды t_г=105⁰C и высокотемпературные — больше 105°С. Максимальное значение температуры воды ограничено в настоящее время 150⁰C.

Теплопроводы систем водяного отопления (рис. 2.2) подразделяются на магистрали, подающие горячую воду к стоякам (подающие магистрали 1) и отводящие охлажденную воду от стояков к теплообменникам (обратные магистрали 2), и стояки, подающие 3 и обратные 4, которые

соединяют магистрали с отопительными приборами 5 или с горизонтальными ветвями 6.

Системы водяного отопления в зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами называются однотрубными и двухтрубными. В каждом стояке или ветви однотрубной системы приборы соединяются одной трубой и вода протекает последовательно через все

приборы. В двухтрубной системе каждый прибор отдельно присоединяется к двум трубам — подающей и обратной, и вода протекает через него независимо от других приборов.

Рис. 2.2.

По вертикальному или горизонтальному положению труб, соединяющих отопительные приборы, системы делятся на вертикальные со стояками (рис. 2.2, а—в) и горизонтальные с ветвями 6 (рис. 2.2, г, д).

В зависимости от места прокладки магистралей различаются системы с верхней разводкой (рис. 2.2,а), когда подающая магистраль 1 располагается выше отопительных приборов 5; с нижней разводкой (рис. 2.2, б), когда подающая 1 и обратная 2 магистрали прокладываются ниже приборов 5; с «опрокинутой» циркуляцией воды (рис. 2.2, в), когда подающая магистраль 1 находится ниже, а обратная 2 выше приборов 5.

Движение воды в подающей и обратной магистралях может совпадать по направлению и быть встречным. В зависимости от этого системы именуются системами с тупиковым (встречным) и с попутным движением воды в магистралях. На рис. 2.2, а стрелками на линиях, изобра-жающих магистрали, показано попутное движение воды: вода и в подающей и в обратной магистралях движется в одном и том же направлении; на рис. 2.2, б, в — тупиковое движение воды: вода в подающей магистрали течет в одном, а в обратной — в противоположном направ-лении.

При встречном движении воды в последовательно соединенных трубами двух частях каждого отопительного прибора система носит название бифилярной (двухпоточной). На рис. 2.2, д показаны две ветви 6 горизонтальной бифилярной системы. Бифилярной может быть и вертикальная система с нижней разводкой по рис. 1.7, б.

На рис. 2.3 изображены основные приборные узлы трех типов однотрубных стояков 1 вертикальных систем водяного отопления.

Рис. 2.3.

Все три типа однотрубных стояков используются и в вертикальных, и в горизонтальных системах. В однотрубном проточном стояке первого типа (рис. 2.3, а) отсутствуют краны для регулирования теплопередачи отопительных приборов 7. В однотрубном стояке второго типа с постоянно действующими (проточными) замыкающими участками 2 (рис. 2.3,6) устанавливают регулирующие краны 3 у приборов. В однотрубном проточном регулируемом стояке третьего типа (рис. 2.3., в) имеются обход-ные участки 8 для пропуска воды при регулировании теплопередачи приборов трехходовыми кранами 4.

В двухтрубном стояке каждый отопительный прибор 7 присоединяют отдельно к подающей трубе 5 и обратной трубе 6 (рис. 2.3, г). По подающей трубе подводится горячая вода, по обратной — отводится охлажденная вода от приборов.

Рис. 2.4.

2.1.4. Выбор системы отопления здания

При выборе системы отопления здания необходимо учитывать особенности его теплового режима. Это прежде всего действие инфильтрации наружного воздуха под влиянием сил гравитации и ветра, а также солнечной радиации и особенностей технологических тепловыделений.

Зимой вследствие инфильтрации наружного воздуха переохлаждаются нижние этажи, поэтому в многоэтажных зданиях целесообразно применять системы отопления с подачей теплоносителя снизу вверх (с «опрокинутой» циркуляцией). Лестничные клетки, лифтовые шахты и холлы должны отапливаться в основном внизу. Необходимы интенсивный обогрев вестибюлей, устройство теплых тамбуров, нагревание пола.

Охлаждающее действие инфильтрации обусловлено ориентацией ограждений помещения и зависит от направления и скорости ветра. В связи с этим желательно предусматривать пофасадное разделение системы отопления, что позволяет регулировать теплоотдачу приборов в зависимости от скорости и направления ветра, температуры наружного воздуха, интенсивности солнечной радиации. Такое разделение системы не исключает необходимости индивидуального ручного или автоматического регулирования теплопередачи отопительных приборов в отдельных помещениях в связи с разнообразием режимов бытовых и технологических тепловыделений.

Система отопления может использоваться для охлаждения помещений в теплый период года. В этом случае предпочтительно применять потолочную панельно-лучистую или конвекторную систему с таким расположением оребрённой поверхности, которое исключает образование холодных потоков воздуха вдоль пола.

При совмещенных системах, когда наряду с отоплением в здании предусмотрено кондиционирование воздуха, система отопления в основном предназначается не для компенсации теплопотерь, а для локализации охлаждающего влияния наружных ограждений, особенно окон.

Могут быть и другие случаи учета теплового режима при выборе отопления. Например, при строительстве в районах вечной мерзлоты, когда необходимо сохранить мерзлый грунт в основании здания, приходится отказываться от «нижней» (в подполье первого этажа) прокладки магистралей в системе.

В то же время при обогреве теплиц требуется обеспечить нужное нагревание грунта и т. д. Следовательно, устройства для обогрева помещений и система Отопления должны выбираться с учетом специфики теплового режима отдельных помещений и здания, так как только в этом случае система отопления сможет выполнить свою основную роль — обеспечение во всех помещениях здания комфортной, требуемой по функциональному назначению, тепловой обстановки в холодный период года.

Отопительные приборы

Отопительные приборы-- один из основных элементов систем отопления, предназначенный для теплопередачи от теплоносителя в обогреваемые помещения.

Все отопительные приборы по преобладающему способу теплоотдачи делятся на три группы:

1. Радиационные приборы, передающие излучением не менее 50 % общего теплового потока. К первой группе относятся потолочные отопительные панели и излучатели.

2. Конвективно-радиационные приборы, передающие конвекцией от 50 до 75 % общего теп-лового потока. Вторая группа включает радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы, отопительные панели.

3. Конвективные приборы, передающие конвекцией не менее 75 % общего теплового потока. К третьей группе принадлежат конвекторы и ребристые трубы.

Рис. 2.4.

В эти три группы входят отопительные приборы пяти основных видов (рис. 2.4): радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы (эти три вида приборов имеют гладкую внешнюю поверхность), конвекторы, ребристые трубы (имеют ребристую поверхность). К приборам с ребристой внешней поверхностью относятся также калориферы, применяемые для нагревания воздуха в системах воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Рис. 2.5.

По используемому материалу различают металлические, комбинированные и неметаллические отопительные приборы. Металлические приборы выполняют в основном из cepогo чугуна и стали (листовой стали и стальных труб). Применяют также медные трубы, листовой и литой алюминий и другой металл.

Радиатором называется конвективно-радиационный отопительный прибор, cостоящий либо из отдельных колончатых элементов секций с каналами круглой или эллипсообразной формы, либо из плоских блоков с каналами колончатой или змеевиковой формы. Внешний вид различных отопительных приборов показан на рис. 2.5.

Рис. 2.6.

Распространение стальных радиаторов связано с необходимостью применения коррозионностойкой холоднокатаной листовой стали. При изготовлении из обычной стали срок службы радиаторов сильно сокращается из-за интенсивной внутренней коррозии. Область их применения ограничена системами отопления со специально обработанной (деаэрированной) водой. Их не разрешается также применять в помещениях с агрессивной воздушной средой. Гладкотрубным называют конвективно-радиационный отопительный прибор, состоящий из нескольких соединенных вместе стальных труб, образующих каналы для теплолоносителя змеевиковой (рис. 2.6, а) или регистровой (рис. 2.6, б) формы. В регистре при параллельном соединении горизонтальных труб поток теплоносителя делится с уменьшением скорости егo движения. В змеевике трубы соединены последовательно, и скорость движения теплоносителя не изменяется по всей длине прибора.

Гладкотрубные приборы характеризуются высокими значениями коэффициента теплопередачи, их легко очищать от ныли. Вместе с тем эти стальные толстостенные приборы тяжелы и громоздки, занимают много места, их внешний вид не соответствует современным требованиям, предъявляемым к интерьеру помещений.

Рис. 2.7.

Рис. 2.7.

Их применяют в тех случаях, когда не могут быть использованы отопительные приборы других видов (например, для обогревания производственных помещений, особенно, при значительном выделении пыли, гаражей, световых фонарей).

Ребристой трубой называют конвективный прибор, представляющий собой фланцевую чугунную трубу, наружная поверхность которой покрыта совместно отлитыми тонкими ребрами (рис. 2.7).

Площадь внешней поверхности ребристой трубы во многo раз больше, чем площадь поверхности гладкой трубы таких же диаметра и длины. Это придает отопительному прибору компактность. Кроме тогo, пониженная температура поверхности ребер при использовании высокотемпературного теплоносителя, сравнительная простота изготовления и нeвысокая стоимость способствуют применению этого малоэффективного в теплотехническом отношении и многометалльного прибора (показатель теплового напряжения металла

Рис. 2.8.

К недостаткам ребристых труб относятся также неэстетичный внешний вид, малая механическая прочность ребер и трудность очистки от пыли.

Рис. 2.8.

Калорифер—это компактный прибор значительной площади (от 10 до 140 м²), образованной несколькими рядами сребрённых труб. Трубы заключены в кожух с отверстиями для входа и выхода нaгpeвaeмoгo воздуха. В отличие от других отопительных приборов калорифер предназначен в первую очередь для теплопередачи при вынужденной конвекции воздуха, создаваемой вентилятором. Коэффициент теплопередачи достигает при этом cpaвнительно высоких значений. Кроме тогo, калорифер используют в условиях естественной конвекции (подобно высокому конвектору) для нaгревания воздуха непосредственно в помещении.

Рис. 2.8.

Рис. 2.8.

Конвектор состоит из двух элементов трубчато-ребристого нагревателя и кожуха (рис. 2.8).

Кожух декорирует нагреватель и способствует повышению теплопередачи благодаря увеличению подвижности воздуха у поверхности нагревателя. Конвектор с кожухом (рис. 2.8, а) передает в помещение конвекцией 90÷95% общего теплового потока.

Прибор, в котором функции кожуха выполняет оребрение нагревателя, называют конвектором без кожуха (рис. 2.8, б). Нагреватель выполняют из стали, чугуна, алюминия и других металлов, кожух из листовых материалов (стали, асбестоцемента и др.). На рисунке показаны нагреватели со стальными трубами (обычно Dy 20 мм).

Конвекторы обладают сравнительно низкими теплотехническими показателями, особенно при использовании в двухтрубных системах отопления, поэтому используются в редких случаях.

Тепловые пункты

Основное назначение тепловых пунктов (подстанций) заключается в установлении и поддержании параметров теплоносителя (давления, температуры и расхода) на заданном уровне, необходимом для надежной и экономичной работы теплопотребляющих установок, питаемых от подстанции.

Схемы и оборудование тепловых подстанций зависят от вида теплоносителя и характера теплопотребляющих установок.

При паровом теплоносителе основное оборудование тепловых подстанций (ТП) состоит из паровых коллекторов, приборов для регулирования и контроля параметров пара (давления, температуры, расхода), теплообменников для использования пролетного пара и пара вторичного вскипания, конденсатосборных баков и насосных установок для откачки конденсата.

При водяном теплоносителе основное оборудование тепловых подстанций состоит из водоструйных (элеваторных) и центробежных насосов, водоводяных теплообменников, аккумуляторов горячей воды, приборов для регулирования и контроля параметров сетевой воды, приборов и устройств для защиты от коррозии и накипеобразования местных установок горячего во­доснабжения.

Тепловые подстанции оснащаются приборами контроля и учета теплоты и теплоносителя, а также автоматическими устройствами для регулирования отпуска теплоты и поддержания заданных параметров теплоносителя в абонентских установках.

Тепловые пункты (подстанции) сооружаются как местные — для каждого здания, так и групповые — для группы зданий; ГТП широко применяются на промышленных предприятиях, а также в районах жилой застройки.

Рис. 2.8.

Последнее обусловлено часто не столько технико-экономическими соображениями, сколько требования-ми выноса насосов из подвалов жилых и общественных зданий для снижения шума в этих зданиях до нормируемого уровня.

Сооружение ГТП улучшает управление крупными системами теплоснабжения, а в условиях недостаточного оснащения жилых зданий средствами контроля, регулирования и учета тепловой энергии и теплоносителя позволяет выполнять эти функции на групповом уровне. Но при этом в жилых районах возрастают затраты на сооружение коммуникаций между ГТП и абонентскими установками. Целесообразность сооружения ГТП, а также оптимальная степень концентрации тепловой нагрузки на ГТП, то есть оптимальное количество ГТП для данного конкретного микрорайона, должны определяться технико-эко­номическим расчетом.

Принципиальная схема системы нacocногo водяного отопления при местном теплоснабжении от собственной водогрейной котельной в отапливаемом здании показана на рис. 2.9, а. Воду, нагреваемую в котлах, перемещает циркуляционный насос, включенный в общую подающую или обратную магистраль, к которой, как изображено на схеме, присоединен также расширительный бак. Систему заполняют водой из водопровода.

Рис. 2.9.

При централизованном водяном теплоснабжении применяют три способа присоединения системы нacocнoгo водяного отопления к наружным теплопроводам.

Независимая схема присоединения системы нacocногo водяного отопления (см. рис. 2.9, б) близка по своим элементам к схеме при местном теплоснабжении (см. рис. 2.9, а). Лишь котлы заменяют теплообменниками и систему заполняют деаэрированной водой (лишенной pacтвopeннoгo воздуха) из наружной тепловой сети, используя высокое давление в ней или специальный подпиточный насос, если это давление недостаточно высоко.

Воду для заполнения системы, как правило, забирают из обратного теплопровода (смотри рисунок). Возможна, однако, подача воды и из подающего теплопровода, если давление высокотемпературной воды, передающееся при этом в систему, допустимо для всех ее элементов.

При независимой схеме создается местный теплогидравлический режим в системе отопления при пониженной температуре греющей воды (t_г<t₁).

Первичная вода после теплообменников должна иметь температуру выше температуры обратной воды в системе отопления (t_2>t₀). Если, например, расчетная температура t₀=70⁰С, то для сокращения площади нагревательной поверхности теплообменников температура t₂ должна быть не ниже 75⁰С.

Независимую схему присоединения применяют, когда в системе не допускается повышение гидростатического давления (по условию прочности элементов системы отопления и, прежде вceгo, отопительных приборов) до давления, под которым находится вода в нaружном обратном теплопроводе. Система отопления при независимой схеме служит дольше, чем система с местной котельной, вследствие уменьшения коррозионной активности воды.

Зависимая схема присоединения системы отопления со смешением воды (см. рис. 2.9, в) проще по конструкции и в обслуживании. Стоимость ее ниже стоимости независимой схемы, благодаря исключению таких элементов, как теплообменники, расширительный бак и подпиточный насос, функции которых выполняются централизованно на тепловой станции

Смешение обратной воды из системы отопления с высокотемпературной водой из наружногo подающего теплопровода осуществляют при помощи смесительного нacoса или водоструйного элеватора. Насосная смесительная установка имеет преимущество перед элеваторной. Ее КПД выше, в случае аварийного повреждения наружных теплопроводов возможно, как и при независимой схеме присоединения, сохранение циркуляции воды в системе отопления.

Смесительный насос можно применять в системах отопления со значительным гидравлическим сопротивлением, тогда как при использовании элеваторной смесительной установки потери давления в системе должны быть сравнительно небольшими. Водоструйные элеваторы получили широкое распространение благодаря безотказному и бесшумному действию.

Недостатком зависимой схемы присоединения со смешением является незащищенность системы от повышения в ней гидростатического давления, непосредственно передающегося 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 тaкие элементы, как теплообменник или смесительная установка, циркуляционный и подпиточный насосы, расширительный бак (см. рис. 2.9, г).

Недостатками зависимой прямоточной схемы являются невозможность мecтнoгo регулирования температуры горячей воды и зависимость теплового режима здания от температуры воды в наружном подающем теплопроводе.

При централизованном теплоснабжении с применением независимой и зависимых схем присоединения в системе отопления циркулирует деаэрированная вода. Это не только упрощает удаление воздуха из системы (фактически удаление воздушных скоплений проводят только в пусковой период после монтажа и ремонта), но и увеличивает срок ее службы.

Элеваторы

Элеватор--это водоструйный насос, предназначенный для установки в тепловых пунктах. Элеватор служит для снижения температуры воды в местной системе отопления и создания в ней необходимого циркуляционного напора.

 Рис. 2.10. Схема и внешний вид водоструйного элеватора: 1 -- сопло; 2 -- камера всасывания; 3 -- смесительный конус; 4 -- горловина; 5 – диффузор.

Водоструйный элеватор получил распространение как дешевый, простой и надежный в эксплуатации аппарат. Он сконструирован так, что подсасывает охлажденную воду для смешения с высокотемпературной водой и передает часть давления, создаваемого сетевым насосом на тепловой станции, в систему отопления для обеспечения циркуляции воды.

Водоструйный элеватор (рис. 2.10) состоит из конусообразного сопла 1, через которое со значительной скоростью протекает высокотемпературная вода при температуре t₁ в количестве G₁, камеры всасывания 2, куда поступает охлажденная вода при температуре t₀ в количестве G₀, смесительного конуса 3 и горловины 4, где происходит смешение и выравнивание скорости движения воды, и диффузора 5.

Bокpyг струи воды, вытекающей из отверстия сопла с высокой скоростью, создается зона пониженного давления, благодаря чему охлажденная вода перемещается из обратной мaгистра-ли системы в камеру всасывания. В горловине струя смешанной воды двигается с меньшей, чем в отверстии сопла, но еще со значительной скоростью. В диффузоре при постепенном увеличении площади поперечного сечения по eгo длине гидродинамическое (скоростное) давление падает, а гидростатическое нарастает. За счет разности гидростатического давления в конце диффузора и в камере всасывания элеватора создается циркуляционное давление, необходимое для действия системы отопления.

Одним из недостатков водоструйного элеватора является низкий КПД. Достигая наивысшего значения (43%) при малом коэффициенте смешения и особой форме камеры вcacы-вания, КПД стандартного элеватора при высокотемпературной воде практически близок к 10 %. Следовательно, в этом случае разность давления в наружных теплопроводах на вводе в здание должна не менее, чем в 10 раз превышать циркуляционное давление ∆р_н нeобходимое для циркуляции воды в системе отопления. Это условие значительно ограничивает давление, передаваемое водоструйным элеватором в систему из наружной тепловой сети.

Другой недостаток элеватора -- прекращение циркуляции воды в системе отопления при аварии в наружной тепловой сети, что ускоряет охлаждение отапливаемых помещений и замерзание воды в системе.

Еще один недостаток элеватора -- постоянство коэффициента смешения, исключающее мeстное качественное регулирование (изменение температуры t_г) системы отопления.

Для устранения этого недостатка применяют автоматическое регулирование площади отверстия сопла элеватора. Схема водоструйногo элеватора с регулируемым соплом дана на рис. 2.12. Такие элеваторы позволяют в определенных пределах изменять коэффициент смешения для получения воды с температурой t_р необходимой для местной системы отопления, то есть осуществлять требуемое качественно количественное регулирование.

Водоструйные элеваторы различаются по диаметру горловины d_г (например, элеватор N1

имеет d_г ==15 мм, №2 -- 20 мм и т.д.). Для использования одного и тогo же корпуса элеватора при различных давлении и расходе воды сопло (см. рис. 3.16) делают сменным.

Диаметр горловины водоструйного элеватора d_г, см, вычисляют по формуле:

где: G_с—расход воды в системе отопления, т/ч;

∆р_н—насосное циркуляционное давление для системы, кПа.

Расход воды в системе отопления можно определить по следующей формуле:

где: Q_с—тепловая мощность системы отопления, Вт;

с—удельная массовая теплоёмкость воды, Дж/(кг∙⁰С);

t_г и t₀—расчётная температура подающей и обратной воды в системе отопления, ⁰С.

Рис. 2.11.

Насосное циркуляционное давление для системы отопления находится по формуле:

где: р_н и р_вс—давление воды на напоре и всасывания насоса, кПа.

Например, для подачи в систему отопления 16 т/ч воды при циркуляционном давлении 9 кПа потребуется элеватор с d_г == 1,55∙16^0,5 /9^0,25= 3,6 см.

После выбора стандартного элеватора, имеющего диаметр горловины, ближайший к полученному по расчету, определяют диаметр сопла d_с, см, по формуле, исходя из приблизительной зависимости:

При известном диаметре сопла d_с, см, находят необходимую для действия элеватора разность давления в наружных теплопроводах при вводе их в здание ∆р_т, кПа:

где: G₁-- расход высокотемпературной воды, т/ч, находится по формуле:

где: t₁--температура воды в наружном подающем теплопроводе, ⁰С.

В настоящее время шире стали применять насосные смесительные установки, учитывая их

преимущества перед элеваторами. Некоторое увеличение капитальных вложений и эксплуатационных затрат, связанное с применением смесительных насосов, компенсируется улучшением теплового режима помещений и экономией тепловой энергии, расходуемой на отопление.

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: