 |
ЛЕКЦИЯ 13
|
|
|
|
Смесительная установка системы водяного отопления
| Смесительная установка– Установка, предназначенная для понижения температуры теплоносителя, поступающего из тепловой сети, до температуры системы отопления, допустимой санитарными и другими нормами, путём подмешивания к ней охлаждённого теплоносителя из системы отопления. |
| Температурный график – Графическая зависимость параметров теплоносителя в системы отопления от температуры наружного воздуха |
| Смесительный насос – Насос смесительной установки, обеспечивающий смешивание высокотемпературной и охлаждённой воды. |
| Циркуляционное давление – Давление, обеспечивающее циркуляцию требуемого количества теплоносителя по системе отопления. |
Содержание темы.
13. 1 Общие сведения
13. 2 Смесительная установка с насосами
13. 3 Смесительная установка с элеватором
13. 4. Смесительная установка для системы «Теплый пол. ».
13. 1 Общие сведения
Смесительную установку (смесительный насос или водоструйный элеватор) применяют в системе отопления для понижения температуры воды, поступающей из наружного подающего теплопровода, до температуры, допустимой в системе tг. Понижение температуры происходит при смешении высокотемпературной воды t1, с обратной (охлажденной до температуры to) водой местной системы отопления.
Смесительную установку используют также для местного качественного регулирования теплопередачи отопительных приборов системы, дополняющего центральное регулирование на тепловой станции. При местном регулировании путем автоматического изменения по заданному температурному графику температуры смешанной воды в обогреваемых помещениях поддерживаются оптимальные тепловые условия. Кроме того, исключается перегревание помещений, особенно в осенний и весенний периоды отопительного сезона. При этом сокращается расход тепловой энергии.
|
|
|
13. 2 Смесительная установка с насосами
Высокотемпературная вода подается в точку смешения под давлением в наружном теплопроводе, созданным сетевым циркуляционным насосом на тепловой станции. Количество высокотемпературной воды G1 при известной тепловой мощности системы отопления Qc будет тем меньше, чем выше температура t1
(13. 1)
где t1 — температура воды в наружном подающем теплопроводе, °С.
Поток охлажденной воды, возвращающейся из местной системы отопления, делится на два: первый в количестве Go направляется к точке смешения, второй в количестве G1 — в наружный обратный теплопровод. Соотношение масс двух смешиваемых потоков воды — охлажденной Go и высокотемпературной Gi называют коэффициентом смешения
u=Go/G1 (13. 2)
Коэффициент смешения может быть выражен через температуру воды
(13. 3)
Например, при температуре воды t1=150°, tг==95° и tо=70 °С коэффициент смешения смесительной установки u=(150—95): (95—70)=2, 2. Это означает, что на каждую единицу массы высокотемпературной воды должно подмешиваться 2, 2 единицы охлажденной воды.
Рис. 13. 1 Принципиальные схемы смесительной установки с насосом на перемычке между магистралями систем отопления (а), на обратной магистрали (б), на подающей магистрали (в)
1 – смесительный насос; 2 – регулятор температуры; 3 – регулятор расхода воды в системе отопления.
 |
Рис. 13. 2 Схемы изменения циркуляционного давления в зависимой системе отопления со смесительным насосом, включенным в перемычку между магистралями (а), в обратную (б) и подающую магистрали (в)
|
|
|
1 — смесительный насос; 2 и 3— давление в наружных соответственно подающем и обратном теплопроводах; А—точка смешения; Б — точка деления потоков воды
Смешение происходит в результате совместного действия двух аппаратов — циркуляционного сетевого насоса на тепловой станции и смесительной установки (насоса или водоструйного элеватора) в отапливаемом здании.
Смесительный насос (13. 3) можно включать в перемычку Б—А между обратной и подающей магистралями (рис. 13. 1a) и в обратную (рис. 13. 1б) или подающую магистраль (рис. 18. 1в) системы отопления. На рисунке показаны регуляторы температуры 2 и расхода воды 3 для местного качественно-количественного регулирования системы отопления в течение отопительного сезона.
Смесительный насос (13. 3), включенный в перемычку, подает в точку смешения А воду, повышая ее давление до давления высокотемпературной воды. Таким образом, в точку смешения поступают два потока воды в результате действия двух различных насосов — сетевого и местного, включенных параллельно. Насос на перемычке действует в благоприятных температурных условиях (при температуре to< 70 °С) и перемещает меньшее количество воды, чем насос на обратной или подающей магистрали (Go< Gc),
Gн=Go, где Go=Gс-G1 (13. 4)
Насос на перемычке, обеспечивая смешение, не влияет на величину циркуляционного давления для местной системы отопления, которая определяется разностью давления в наружных теплопроводах.
| НАПОМИНАЕМ | В данном случае имеет место параллельная работа двух насосов. |
Изменение циркуляционного давления в системе и в перемычке Б—А между магистралями в этом случае схематично изображено на рис. 13. 2а. Показано постепенное (условно равномерное) понижение давления в направлении движения воды в подающей (наклонная линия Г1) и обратной (наклонная линия Т2) магистралях, падение давления в стояке (вертикальная сплошная линия) и возрастание под действием насоса в перемычке (пунктирная линия) до давления в точке А.
Смесительный насос включают непосредственно в магистрали системы отопления, когда разность давления в наружных теплопроводах недостаточна для нормальной циркуляции воды в системе. Насос при этом, обеспечивая помимо смешения необходимую циркуляцию воды, становится циркуляционно-смесительным.
|
|
|
Насос на обратной или подающей магистрали (см. рис. 13. 1б, в) перемещает всю воду, циркулирующую в системе [Gн=Gс по выражению (13. 1)], при температуре to или tг. Включение насоса в общую магистраль системы отопления позволяет увеличить циркуляционное давление в ней до необходимой величины независимо от разности давления в наружных теплопроводах. Условия смешения воды аналогичны: в точку А (см. рис. 13. 1) поступают два потока воды (G1 и Go) также в результате действия двух насосов — сетевого и местного — с той лишь разницей, что насосы включаются последовательно (по направлению движения воды).
Рис. 13. 3 Принципиальная схема водоструйного элеватора
1 — сопло; 2 — камера всасывания; 3 — смесительный конус; 4 — горловина; 5 — диффузор
Изменение циркуляционного давления при действии системы отопления с циркуляционно-смесительным насосом, включенным в общую обратную магистраль, показано на рис. 13. 1, б. Как видно, давление в системе ниже давления в наружных теплопроводах. Данная схема может быть выбрана после проверки, не вызовет ли понижение давления вскипания воды или подсоса воздуха в отдельных местах системы. Насос повышает давление воды до давления в наружном обратном теплопроводе. Давление в точке смешения А должно быть ниже давления в точке Б (устанавливается с помощью регулятора температуры — см. рис. 13. 1).
| НАПОМИНАЕМ | В данном случае имеет место последовательная установка двух насосов. |
Насос, включаемый в общую подающую магистраль, предназначают не только для смешения и циркуляции, но и для подъема воды в верхнюю часть системы отопления высокого здания. Смесительный насос становится также циркуляционно-повысительным. Изменение гидравлического давления в этом случае изображено на рис. 13. 2, в,
Смесительных насосов, как и циркуляционных, устанавливают два с параллельным включением в теплопровод действует всегда один из насосов при другом резервном.
|
|
|
13. 3 Смесительная установка с элеватором
Смешение воды может осуществляться и без местного насоса. В этом случае смесительная установка оборудуется водоструйным элеватором.
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. 13. 3) состоит из конусообразного сопла, через которое со значительной скоростью протекает высокотемпературная вода при температуре t1 в количестве G1; камеры всасывания, куда поступает охлажденная вода при температуре tо в количестве Go; смесительного конуса и горловины, где происходят смешение и выравнивание скорости движения воды, и диффузора.
Вокруг струи воды, вытекающей из отверстия сопла с высокой скоростью, создается зона пониженного давления, благодаря чему охлажденная вода перемещается из обратной магистрали 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 его 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 циркуляции воды в системе отопления.
Одним из недостатков водоструйного элеватора является низкий КПД. Достигая наивысшего значения (43%) при малом коэффициенте смешения и особой форме камеры всасывания (исследования проф. П. Н. Каменева), гидростатический КПД стандартного элеватора практически при высокотемпературной воде близок к 10%. Следовательно, в этом случае разность давления в наружных теплопроводах на вводе их в здание должна не менее чем в 10 раз превышать циркуляционное давление ∆ Рн, необходимое для циркуляции 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 местное качественное регулирование (изменение температуры tг) системы отопления. Понятно, что при постоянном соотношении в элеваторе между Go и G1 температура tг, с которой вода поступает в местную систему отопления, определяется уровнем температуры t1, поддерживаемым на тепловой станции для всей системы теплоснабжения, и может не соответствовать теплопотребности конкретного здания. Для устранения этого недостатка применяют автоматическое регулирование площади отверстия сопла элеватора. Такие элеваторы, применяемые в настоящее время, позволяют в определенных пределах изменять коэффициент смешения для получения воды с температурой tг, необходимой для местной системы отопления, т. е. осуществлять требуемое качественно-количественное регулирование.
|
|
|
 |
Рис. 13. 4 Схема водоструйного элеватора с регулируемым соплом
1 — механизм для перемещения регулирующей иглы; 2 — шток регулирующей иглы; 3 — сопло; 4 — регулирующая игла; 5 — камера всасывания; 6 — горловина; 7 — диффузор
Водоструйные элеваторы различаются по диаметру горловины dг (например, элеватор №1 имеет dг=15 мм, №2— 20мм и т. д. ). Для использования одного и того же корпуса элеватора при различных давлении и расходе воды сопло делают сменным.
Диаметр горловины водоструйного элеватора dг, см, вычисляют по формуле
(13. 4)
где Gc — расход воды в системе отопления, т/ч, ; ∆ Рн — насосное циркуляционное давление для системы, кПа.
Например, для подачи в систему отопления 16 т/ч воды при циркуляционном давлении 9 кПа потребуется элеватор с dг=l, 55 (4: 1, 73)=3, 6 см.
(13. 5)
При известном диаметре сопла dс, см, находят необходимую для действия элеватора разность давления в наружных теплопроводах при вводе их в здание ∆ Рн, кПа:
∆ Рн =6, 3G21/d4c, (13. 6)
где G1 — расход высокотемпературной воды, т/ч.
Из последней формулы видно, что вслед за изменением по какой-либо причине ∆ Рн в наружных теплопроводах изменяется и расход G1, а также расход воды в системе Gc, связанный с расходом G1 через коэффициент смешения элеватора;
Gc=(1+u)G1 (13. 7)
Изменение давления и расхода в процессе эксплуатации, не предусмотренное расчетом, вызывает разрегулирование системы отопления, т. е. неравномерную теплоотдачу отдельных отопительных приборов. Для его устранения перед водоструйным элеватором (см. рис. 13. 1) устанавливают регулятор расхода.
При применении элеватора часто приходится определять располагаемую разность давления ∆ Рн Для гидравлического расчета системы отопления, исходя из разности давления в наружных теплопроводах ∆ Рт в месте присоединения ответвления к проектируемому зданию. Насосное циркуляционное давление ∆ Рн, передаваемое элеватором в систему отопления, можно рассчитать в этом случае по формуле (при коэффициенте расхода сопла элеватора, равном 0, 95)
(13. 8)
где ∆ Ротв — потери давления в ответвлении от точки присоединения к наружным теплопроводам до элеватора.
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.
13. 4. Смесительная установка для системы «Теплый пол. »
Необходимо сразу уточнить, что смесительный узел необходим только для водяной системы теплого пола, так как в ней течет тот же теплоноситель, что и в радиаторах отопления. Как правило, система отопления организована таким образом: один котел, нагревающий теплоноситель, контур высокотемпературных радиаторов и контур или несколько контуров водяного теплого пола.
Котел, естественно, нагревает воду до той температуры, которая требуется для высокотемпературных радиаторов. Чаще всего это 95 °С, но иногда используются радиаторы для температуры 85 – 75 °С. По санитарным нормам температура поверхности пола не должна превышать 31 °С, это связано со множеством причин, и в первую очередь с комфортным пребыванием на напольном покрытии, чтобы не было ни холодно, ни жарко. Учитывая толщину стяжки пола, в которой вмурованы трубы системы «теплый пол», а также толщину и тип напольного покрытия, температура теплоносителя в трубах теплого пола должна быть 35 – 55 °С и не выше. Логично предположить, что в контур отопления теплого пола нельзя направлять воду непосредственно из котла, так как ее температура слишком велика. Что же делать? Как понизить температуру теплоносителя?
Именно с целью понизить температуру теплоносителя на входе в контур теплого пола используется узел смешения для теплого пола. В нем смешивается горячий теплоноситель и более холодный теплоноситель обратки теплого пола. Как результат, средняя температура становится ниже, теплоноситель подается в контур. Все контуры отопления в доме работают корректно: в радиаторный контур подается горячая вода температурой 95 °С, а в контур теплого пола – с температурой 55 °С.
Если вас интересует вопрос, можно ли обойтись без смесительного узла и в каких ситуациях, то ответим – такое возможно. Если отопление во всем доме выполнено с помощью низкотемпературных контуров, а источник тепла подогревает теплоноситель только для системы отопления до заданной температуры, то смесительные узлы можно не использовать. Примером такой системы отопления может быть использование воздушного теплового насоса. Если же источник тепла нагревает воду не только для теплых полов, но и для душа, температура которого – 65 – 75 °С, то установка смесительного узла обязательна.
Как работает узел подмеса для теплого пола:
Условно работу смесительного узла можно описать так: горячий теплоноситель доходит до коллектора теплого пола и упирается в предохранительный клапан с термостатом, если его температура выше требуемой, клапан срабатывает и открывает подачу холодной обратки, происходит подмес – смешивание горячего и холодного теплоносителя. Как только температура достигает требуемых значений, снова срабатывает клапан и перекрывает подачу горячего теплоносителя. Более детально работу узла мы рассмотрим ниже, так как она может быть организована двумя путями.
Коллекторный узел для теплого пола служит не только для регулировки температуры теплоносителя, но и для обеспечения его циркуляции в контуре. Поэтому коллекторный узел состоит из двух основных элементов:
Предохранительный клапан, о котором мы уже говорили. Он подпитывает контур отопления теплого пола горячим теплоносителем ровно настолько, насколько это необходимо, контролируя температуру на входе.
Циркуляционный насос, который обеспечивает движение воды в контуре теплого пола с заданной скоростью. Это гарантирует, что нагрев всей площади теплого пола будет равномерным.
Помимо основных элементов в смесительный узел могут входить: байпас, который защищает узел от перегрузок, дренажные и отсекающие клапаны и воздухоотводчики. Поэтому коллекторный смесительный узел может быть выполнен различными способами в зависимости от поставленных задач.
Смесительный узел устанавливается всегда до контура теплого пола, но само место его установки может быть различным. Например, его можно оборудовать непосредственно в помещении с теплым полом, в котельной на разделении коллекторов, идущих в высокотемпературный контур и низкотемпературный контур. Если же помещений с теплыми полами много, то смесительные узлы устанавливаются в каждом помещении отдельно или в ближайшем коллекторном шкафу.
Основное различие в работе смесительных узлов заключается в том, что в них можно использовать разные предохранительные клапаны. Самыми распространенными являются 3-х ходовые клапаны и 2-х ходовые клапаны.
Смесительный узел с двухходовым клапаном
Двухходовый клапан иногда еще называют питающим клапаном. На этом клапане установлена термостатическая головка с жидкостным датчиком, который постоянно контролирует температуру теплоносителя, поступающего в контур теплого пола. Головка открывает и закрывает клапан, и таким образом добавляет или отсекает подачу горячего теплоносителя, идущего от котла отопления.
Получается, что смешение теплоносителей происходит таким образом – теплоноситель из обратки подается постоянно, а горячий теплоноситель подается только, когда необходимо, т. е. его подача регулируется клапаном. В связи с этим теплый пол никогда не перегревается и срок его эксплуатации продлевается. Двухходовый клапан обладает малой пропускной способностью, благодаря чему регулирование температуры теплоносителя происходит плавно, без резких скачков.
Смесительный узел с трехходовым клапаном
Большинство специалистов по монтажу теплых полов предпочитают устанавливать в теплый пол водяной смесительный узел с двухходовым клапаном. Но существует ограничение – их нецелесообразно устанавливать, если отапливаемая площадь больше 200 м2.
Трехходовый клапан совмещает в себе функции питающего перепускного клапана и байпасного балансировочного крана. Основное его отличие в том, что он смешивает внутри себя горячий теплоноситель с холодной обраткой. Трехходовые клапаны довольно часто оснащаются сервоприводами, которые управляют термостатическими устройствами и погодозависимыми контролерами. Внутри такого клапана находится заслонка, которая располагается в зоне 90 ° между трубой подачи горячего теплоносителя от котла и трубой от обратки. Можно выставлять любое положение – срединное или с уклоном в одну из сторон в зависимости от необходимого соотношения смеси обратки и горячей воды.
Считается, что такой тип клапанов универсален и незаменим в системах отопления с погодозависимыми контролерами и просто в крупномасштабных системах с множеством контуров.
Также следует обозначить недостатки трехходовых клапанов. Во-первых, не исключается случай, когда по сигналу от термостата трехходовый клапан откроется и впустит горячий теплоноситель с температурой 95 °С в контур теплого пола. Резкие скачки температуры недопустимы в эксплуатации теплых полов, трубы могут лопнуть от избыточного давления. Во-вторых, по причине большой пропускной способности трехходовых клапанов даже минимальное смещение в регулировке клапана приведет к значительному изменению температуры в контуре.
Зачем используется погодозависимая арматура? Чтобы изменять мощность системы «теплый пол» в зависимости от погодных условий. Например, при резком снижении температуры за бортом помещение остывает быстрее, а значит, теплый пол не будет справляться с задачей отопления дома. Дабы повысить его эффективность, необходимо увеличить температуру теплоносителя и расход.
Конечно, можно использовать клапаны с ручным управлением и каждый раз при изменении температуры вручную подкручивать вентиль. Но установить оптимальный режим таким образом сложно. Поэтому используются клапаны с автоматическим управлением. Погодозависимый контроллер вычисляет необходимую температуру и управляет клапаном очень плавно. Весь спектр 90 ° разбит на 20 участков по 4, 5 °. Контроллер проверяет температуру каждые 20 секунд, и если фактическая температура теплоносителя, подающегося в теплый пол, не соответствует расчетной, то контроллер поворачивает клапан на 4, 5 ° в необходимую сторону.
Также контроллер позволяет экономить на энергоносителях. Если все жильцы дома отсутствуют, он снижает температуру дома и поддерживает ее в пределах заданного значения.
Также неотъемлемой частью коллектора являются термостатические клапана и расходомеры. Последние обязательно должны присутствовать, из-за того, что в системе длина труб разная и если не поставить расходомер, то вода будет течь в трубах с меньшим гидравлическим сопротивлением, то есть в коротких. Регулятор расхода обеспечивает равномерную циркуляцию теплоносителя по всей системе. Термостатические регуляторы предназначены для изменения температуры отдельно в каждом контуре системы. При помощи термостатических головок теплый пол реагирует на изменения внешних условий и поддерживает заданную температуру.
ЛЕКЦИЯ 14
ДИНАМИКА ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ
| Нарушение циркуляции воды- При циркуляции воды вследствие потерь давления в некоторых частях системы полное давление может понизиться ниже давления, соответствующего температуре кипения. Произойдёт вскипание воды, образование пара и паровых пробок, что приведёт к нарушению циркуляции. |
| Разрушение элементов системы – При циркуляции теплоносителя воды вследствие наличия потерь давления в некоторых частях системы полное давление может повысится выше рабочего давления, что приведёт к разрушению элементов системы. |
| Нейтральная точка – Место системы отопления в которой полное давление при работающей системе отопления остаётся постоянным |
| Рабочее давление – Максимальная величина полного давления в системе отопления, при которой обеспечивается её неразрушение и долговечность. |
СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ
14. 1 Общие сведения
14. 2 Изменение давления при движении воды в трубах
14. 3 Динамика давления в системе водяного отопления
14. 3. 1 Динамика давления в системе отопления с расширительным баком
14. 3. 2 Динамика давления в системе отопления без расширительного бака
14. 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Гидравлическое давление в каждой точке замкнутых циркуляционных колец системы отопления в течение отопительного сезона непрерывно изменяется вследствие непостоянства плотности воды и циркуляционного давления.
Исходное значение давления соответствует гидростатическому давлению в каждой точке системы в состоянии покоя. Наибольшие изменения давления в системе происходят при циркуляции максимального количества воды, температура которой достигает предельного значения при расчетной температуре наружного воздуха. Сравнивая крайние значения при этих двух гидравлических режимах, можно судить о динамике давления в каждой точке при действии системы отопления в течение отопительного сезона.
Изменение гидравлического давления рассматривают с целью выявления в системе отопления мест с низким или высоким давлением, вызывающим нарушение циркуляции воды (14. 2) или разрушение отдельных элементов (14. 3). Это позволяет предусматривать мероприятия, обеспечивающие нормальное действие системы.
14. 2 Изменение давления при движении воды в трубах
Установим, как изменяется гидравлическое давление в горизонтальных и вертикальных трубах, заполненных движущейся водой, применительно к условиям работы вертикального участка циркуляционного кольца системы отопления.
Запишем значение гидравлического давления в любой точке потока воды — капельной несжимаемой жидкости. При установившемся движении потока воды гидравлическое давление по уравнению Бернулли составит
(14. 1)
где р — плотность воды, кг/м3;
g — ускорение свободного падения, м/с2;
h — вертикальное расстояние от оси потока воды до плоскости сравнения, м;
р — давление в потоке воды, Па;
w — средняя скорость движения потока воды, м/с.
По уравнению (14. 1) полная энергия потока состоит из кинетической и потенциальной энергии. Кинетическая энергия движения потока воды измеряется гидродинамическим давлением. Среднее значение гидродинамического давления — порядок его величины — найдем при скорости движения воды 1, 5 м/с, характерной для теплопроводов насосной системы отопления
Потенциальная энергия потока воды складывается из энергии положения потока pgh и энергии давления р в потоке.
В каком-либо сечении потока воды энергия положения pgh зависит от размещения этого сечения по отношению к плоскости сравнения. За плоскость сравнения примем свободную поверхность воды в открытом расширительном баке системы отопления, на которую действует атмосферное давление. При этом будем считать уровень, на котором находится вода в баке, неизменным. Тогда в каждом сечении потока будет определяться гидростатическое давление положения, как избыточное и пропорциональное вертикальному расстоянию h (высоте столба воды в состоянии покоя).
Энергия давления р определяется пьезометрической высотой, на которую может подняться вода над рассматриваемым сечением потока. В замкнутой системе отопления проявляется энергия давления, рассматриваемая как гидростатическое давление в каждом сечении теплопроводов, вызывающее циркуляцию воды.
Сопоставим возможное изменение гидродинамического и гидростатического давления в вертикальной системе отопления.
Гидростатическое давление в вертикальной трубе при изменении положения потока только на 1м возрастает или убывает на
pgh=970· 9, 81· 1 ≈ 9500 Па.
Очевидно, что изменение величины гидростатического давления по высоте системы отопления даже одноэтажного здания более чем на целый порядок превышает максимально возможное изменение значения гидродинамического давления (1090 Па). Поэтому в дальнейшем для характеристики изменения гидравлического давления в системе отопления будем учитывать изменение только гидростатического давления (pgh+p), приближенно считая его равным полному, т. е. будем пренебрегать изменением гидродинамического давления (рw2/2).
Рис. 14. 1. Изменение гидростатического давления в горизонтальной трубе при движении заполняющей ее воды с постоянной скоростью слева направо (давление отложено над трубой)
1 и 2— начальное и конечное течения потока; h — вертикальное расстояние от оси потока до свободной поверхности воды
Рис. 14. 2. Изменение гидростатического давления в вертикальной трубе при движении заполняющей ее воды сверху вниз (давление отложено справа от отрезка трубы)
1 и 2 — начальное и конечное сечения потока; h— вертикальное расстояние от сечения до свободной поверхности воды
В горизонтальной трубе при движении воды происходит изменение давления в потоке вcледствие потерь давления на трение. На рис. 19. 1 показано понижение давления в отрезке трубы при движении воды слева направо, причем плотность воды р принята постоянной.
Так как вертикальное расстояние от оcи потока до свободной поверхности воды h1=h2, то гидростатическое давление положения потока составляет pgh1=pgh2 (изображено на рисунке штрихпунктирной линией). При движении воды с постоянной скоростью w от начального сечения 1, где давление в потоке p1, до конечного сечения 2 давление понижается до р2. Разность давления равна потерям давления на трение — p1-р2=∆ Рпот
Рис. 14. 3. Изменение гидростатического давления в вертикальной трубе при движении заполняющей ее воды снизу вверх
В горизонтальной трубе гидростатическое давление понижается в направлении движения воды.
В вертикальной трубе при движении воды сверху вниз происходит изменение гидростатического давления не только из-за потерь давления на трение, но и вследствие изменения положения сечений потока по отношению к свободной поверхности воды. На рис. 14. 2 при тех же условиях штрихпунктирной линией изображено возрастание гидростатического давления в отрезке трубы, связанное в увеличением вертикального расстояния от h1 до h2 т. е. pgh2> pgh1. Показано, что несмотря на потери давления на трение ∆ Рпот=p1 – p2 общее гидростатическое давление в сечении 2 возрастает: pgh2+p2> pgh1+p1.
| РАЗЪЯСНЯЕМ | Увеличение полного давления, несмотря на потери давления, при движении воды сверху-вниз происходит потому, что изменение (возрастание) гидростатического давления является определяющим |
Из практики известно, что в вертикальных трубах систем отопления давление положения изменяется сильнее, чем давление в потоке, связанное в попутными потерями. Поэтому можно вделать вывод, что в вертикальных трубах систем отопления при движении воды сверху вниз гидростатическое давление возрастает.
В вертикальной трубе при движении водыснизу вверхгидростатическое давление уменьшается в результате уменьшения как вертикального расстояния (от h1 до h2) сечений потока от свободной поверхности воды, так и потерь давления на трение ∆ Рпот=p1 – p2. На рис. 14. З штрихпунктирной линией показано, что pgh2< pgh1 (давление по-прежнему отложено справа от отрезка трубы), и сплошной линией, что p2<. p2. Таким образом, в этом случае pgh2+p2<. pgh1+p1.
Можно сделать вывод, что в вертикальных трубах при движении воды снизу вверх происходит наиболее интенсивное падение гидростатического давления.
| ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ | При движении воды снизу-вверх полное давление изменяется более интенсивно, так как уменьшается гидростатическое давление и имеют место потери давления. |
Перейдем к рассмотрению процесса изменения давления—динамики давления в системе водяного отопления.
14. 3Динамика давления в системе водяного отопления
Рассмотрение динамики давления проведем в системе водяного отопления g естественной и искусственной циркуляцией воды как при наличии расширительного бака, так и без расширительного бака.
14. 3. 1 ДИНАМИКА ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ С РАСШИРИТЕЛЬНЫМ БАКОМ
Примем, как и в 14. 1, свободную поверхность воды в открытом расширительном баке за плоскость отсчета для определения избыточного гидростатического давления и будем считать уровень, на котором находится вода в баке, неизменным при определенных объеме и температуре воды в системе отопления. Тогда в толще воды в каждой точке системы отопления можно определить избыточное гидростатическое давление в зависимости от высоты столба воды, расположенного над рассматриваемой точкой (в связи g изменением положения точки).
В системе отопления с ненагреваемой водой при бездействии насоса, т. е. с водой равномерной плотности, находящейся в покое, избыточное
 |
Рис. 14. 4. Эпюра гидростатического давления в системе отопления с ненагреваемой водой, находящейся в покое
1 — открытых расширительный бак; 2 — циркуляционный насос (бездействует)
гидростатическое давление в теплопроводах одинаково на любом рассматриваемом уровне (например, на уровне I—I оно равно pghi, где hi — высота столба воды или глубина погружения под уровень воды в расширительном баке 1). Наименьшее гидростатическое давление pgh1 действует в верхней магистрали, наибольшее pgh2 — в нижней, причем бездействующий насос 2 испытывает, как уже отмечалось, равное давление со стороны и всасывающего и нагнетательного патрубков.
Рис14. 5. Эпюра гидростатического давления в системе отопления с нагреваемой водой при бездействии насоса
1 - открытый расширительный бак; 2 — циркуляционный насос (бездействует); ц. н. — центр нагревания; ц. о. — центр охлаждения, О - точка постоянного давления
Значения избыточного гидростатического давления в трубах системы отопления нанесем на pnc. 14. 4 штрихпунктирными линиями в прямой зависимости от высоты столба воды h. Для ясности изображения проведем линии над верхней магистралью, под нижней магистралью, слева и справа от вертикальных труб. Показанные на рисунке штрихпунктирные линии называются пьезометрическими, а их совокупность — эпюрой гидростатического давления в статическом режиме.
В системе отопления при циркуляции с постоянной скоростью движения воды — вязкой жидкости энергия давления изменяется по длине теплопроводов. Вязкость и деформации потока обусловливают сопротивление движению воды. Они вызывают потери давления в потоке движущейся воды, переходящего в результате трения (линейные потери) и вихреобразования (местные потери) в теплоту. При дальнейших построениях потери давления будем считать, как и в 19. 1, условно равномерными по длине труб.
Рассмотрим динамику гидростатического давления в системе отопления с нагреваемой водой при бездействии насоса — фактически в гравитационной системе отопления (рис. 14. 5). Предс
|
|
|
