Определение располагаемого давления

8 9 10 11 12 13 14

Содержание темы.

12.1 Естественное циркуляционное давление

12.2 Расчёт естественного циркуляционного давления в системе отопления

12.2.1 Вертикальные однотрубные системы отопления

12.2.2 Вертикальные двухтрубные системы отопления

12.2.3 Горизонтальные однотрубные системы отопления

12.3 Расчёт циркуляционного давления в системе отопления

Циркуляционное давление –Давление, обеспечивающее движение теплоносителя по системе отопления

Естественное циркуляционное давление – Циркуляционное давление, возникающее в системе отопления за счёт разности плотностей горячего и охлаждённого теплоносителя и вертикального расстояния между центрами нагрева и охлаждения.теплоносителя.

12.1 Естественное циркуляционное давление

Естественное циркуляционное давление является одним из составляющих расчетного циркуляционного давления в системе водяного отопления. Причина его возникновения уже известна.

Расчётное циркуляционное давление – Перепад давления в системе отопления, который можно использовать при подборе оборудования, запорно-регулирующей арматуры, диаметров трубопроводов

НАПОМИНАЕМ

Одно из свойств воды – при нагревании расширяется с уменьшением плотности

Нагревание и охлаждение воды в циркуляционных кольцах системы создают неоднородное распределение ее плотности. В горизонтальной системе отопления это явление не вызывает циркуляции воды. Естественная циркуляция воды возникает в вертикальной системе. Значение естественного давления, вызывающего циркуляцию воды, определяется разностью гидростатического давления двух столбов воды одинаковой высоты.

Охлаждение теплоносителя воды в системе отопления происходит непрерывно по мере удаления от теплообменника, на выходе из которого температура воды имеет наивысшее значение, и заканчивается при возвращении ее к теплообменнику. Постепенное остывание воды в теплопроводах сменяется быстрым охлаждением ее в отопительных приборах. Поэтому общее естественное циркуляционное давление, возникающее в системе, можно рассматривать как сумму двух величин: давления ∆Ре.пр, образующегося вследствие охлаждения воды в отопительных приборах, и давления ∆Ре.тр вызываемого охлаждением воды в трубах

Рис 12.1. Схемы вертикального циркуляционного кольца теплопроводов без отопительных приборов с центром нагревания (ц. н.)

а — при постепенном охлаждении теплоносителя воды в трубах; б — при введении условных центров охлаждения (ц. о) воды

Pис. 12.2. Схема вертикального циркуляционного кольца теплопроводов с произвольно расположенными центрами нагревания (ц. н.) и охлаждения (ц. о.) теплоносителя воды

∆Ре=∆Ре.пр+∆Ре.тр Па (12.1)

В большинстве случаев — в системах отопления многоэтажных зданий — первое слагаемое является основным по значению, второе — дополнительным. В частном случае — в одноэтажных зданиях — основным является естественное давление возникающее от остывания воды в трубах ∆Ре.тр.

РАЗЪЯСНЯЕМ

В одноэтажных зданиях (жилые дома частного сектора) системы отопления устраиваются с естественной циркуля- цией. Подающая и обратная магистрали для уменьшения потерь давления выполняются из труб большого диаметра и прокладываются без тепловой изоляции в обогреваемых помещениях.

При рассмотрении значений естественного циркуляционного давления используют понятие о центре охлаждения теплоносителя. В центре охлаждения действительное постепенное изменение температуры (и плотности) воды по длине теплопровода или отопительного прибора принимают условно скачкообразным. С введением такой условной границы охлаждения можно считать, что на каждой половине длины отрезка теплопровода или прибора вода имеет свою постоянную плотность. При этом гидростатическое давление не должно изменяться. Подобную условную границу изменения температуры воды в теплообменнике системы отопления называют центром нагревания.

Определение естественного циркуляционного давления, возникающего вследствие охлаждения воды в приборах (∆Ре.пр) связано с видом системы отопления, поэтому его целесообразно произвести совместно с рассмотрением расчетных схем.

При определении естественного циркуляционного давления, вызываемого охлаждением воды в трубах (∆Ре.тр) примем, что приборы в циркуляционном кольце отсутствуют и вода охлаждается при теплопередаче только через стенки труб.

Рассмотрим схему такого вертикального циркуляционного кольца теплопровода (рис.16.1 а), в котором при установившемся движении воды ее плотность постепенно возрастает от значения p1 (при температуре после центра нагревания) до значения р5 (при температуре перед центром нагревания). На стыках вертикальных и горизонтальных труб покажем промежуточные значения плотности воды.

Естественное давление, вызывающее движение воды в трубах, найдем как разность гидростатического давления двух столбов воды высотой h, имеющей различную среднюю плотность:

(12.2)

Это же значение циркуляционного давления получим в другом виде с использованием условных центров нагревания и охлаждения воды в трубах (рис. 12.1, б), находящихся на некоторой высоте над плоскостью отсчета I—I,

∆Ре.тр=g[(h3-h2)(p3-p2)+(h2-h1)(p4-p1) (12.3)

В более общем случае при произвольном расположении условных центров нагревания и охлаждения в вертикальном циркуляционном кольце теплопроводов (pиc. 12.2) естественное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в трубах, составит

∆Ре.тр=g[(h5-h4)(p3-p2)+(h4-h3)(p3-p1)+(h3-h2)(p4-p1)+(h2-h1)(p4-p5)]

или после преобразования

∆Ре.тр=g[h5(p3-p2)+h4(p2-p1)+h3(p4-p3)+h2(p1-p5)+h1(p5-p4)] (12.4)

По последнему уравнению можно установить, что для получения естественного давления следует вертикальные расстояния от центров охлаждения и нагревания до плоскости отсчета I—I умножать на разности плотности воды после и до каждого центра (считая по направлению движения воды). При этом охлаждение над центром нагревания увеличивает циркуляционное давление, нагревание над центром охлаждения его уменьшает (четвертое слагаемое в уравнении получает отрицательное значение, так как Р1<Р5).

Уравнение (12.4) перепишем в общем виде, используемом при проектировании систем водяного отопления:

∆Ре.тр=g∑h i (P i+ 1-P i) (12.5)

Можно сделать вывод: естественное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в трубах циркуляционного кольца, состоящего из N участков, складывается из произведений высоты Н, расположения центра охлаждения или нагревания над некоторой плоскостью на разность плотности воды в концах участка, включающего такой центр.

Видно, что естественное циркуляционное давление тем больше, чем выше расположены центры охлаждения над центром нагревания (обычно за плоскость отсчета принимают плоскость, проходящую через центр нагревания). При расположении хотя бы одного из центров охлаждения ниже центра нагревания (ц. О.₄ на pиc. 12.2) естественное циркуляционное давление уменьшается.

Следовательно, в системе отопления с смешанной разводкой ∆Рс.тр всегда больше, чем в системе с нижней разводкой, за счет увеличения вертикального расстояния от центров охлаждения в верхней магистрали до центра нагревания.

16.2 Расчет естественного циркуляционного давления в системе водяного отопления

Общим, многократно повторяющимся элементом каждой вертикальной или горизонтальной системы является стояк или ветвь. В стояке или ветви отдельные узлы соединения отопительных приборов с трубами (приборные узлы), объединенные промежуточными теплопроводами, создают основу системы отопления, определяющую принцип ее действия и величину естественного циркуляционного давления, возникающего вследствие охлаждения воды в приборах. Поэтому расчет естественного циркуляционного давления, связанного с охлаждением воды в отопительных приборах (∆Ре.пр) рассмотрим при различных приборных узлах, входящих в стояки или ветви систем отопления.

12.2.1 ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ОДНОТРУБНЫЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Однотрубная система отопления с смешанной разводкой. На рис. 12.3 приведена расчетная схема части однотрубной системы со смешанной разводкой и тупиковым движением воды в магистралях. Стояки даны для трехэтажного здания с различными наиболее часто применяемыми приборными узлами. В стояке 1 показаны проточные узлы, в стояке 11 — проточно-регулируемые узлы со смещенными обходными участками и трехходовыми регулирующими кранами, в стояке 111 — узлы со смещенными замыкающими участками и проходными регулирующими кранами. Присоединение приборов к стоякам принято односторонним. Здесь (и далее) система условно изображена со стояками различной конструкции для наглядности при сравнении. Обычно в системе преобладает какой-либо один тип приборного узла (например, проточно-регулируемые узлы), хотя может встретиться еще и другой тип (например, проточные узлы во вспомогательных помещениях). На рисунке над отопительными приборами нанесена тепловая нагрузка, т. е. теплопотребность помещений, Вт; внутри контура каждого прибора кружком помечен центр охлаждения воды. Проставлено также вертикальное расстояние между центрами охлаждения и центром нагревания (ц. н) воды в тепловом пункте.

Рис12.З. Расчетная схема вертикальной однотрубной системы водяного отопления с верхней разводкой

Ст I — проточный стояк, Ст II—проточно-регулируемый стояк, Ст III—стояк с замыкающими участками (кружки в контуре приборов — центры охлаждения воды в приборах; черные точки на стояке III—центры охлаждения воды в стояке)

Расход воды, в стояке Gст, кг/с, при заданных теплопотребностях помещений, виде отопительных приборов и температуре теплоносителя воды определяется по формуле,

(12.6)

где Qст=∑Qп — тепловая нагрузка стояка, равная суммарной теплопотребности помещений, обслуживаемых стояком, Вт, иначе, суммарной тепловой нагрузке приборов; β1 и β2 — поправочные коэффициенты с— удельная теплоемкость воды [4187 Дж/(кг·К}]; ∆tст — расчетный перепад температуры воды в стояке.

Видно, что расход воды в однотрубном стояке прямо пропорционален тепловой нагрузке стояка Qст и обратно пропорционален расчетному перепаду температуры воды в стояке ∆tст=tг-tо

Температура воды на каждом участке стояка будет промежуточной между значениями tг и to в зависимости от степени ее охлаждения в том или ином помещении. Зная, что расход воды на всех участках однотрубного стояка не изменяется, составим пропорцию для определения температуры t3 (рнс.12.3))

(12.7)

откуда

(12.8)

аналогично

(12.9)

В общем виде температура воды. на i-м участке однотрубного стояка будет равна:

(12.10)

где ∑Qi —суммарная тепловая нагрузка всех отопительных приборов на стояке до рассматриваемого участка (считая по направлению движения воды).

На рис. 12.3 заштрихованы половины высоты двух приборов стояка I, в которых температура воды условно принята постоянной и равной t3. Можно считать, что температура воды t3 (и плотность ее р3) сохраняется в стояке по высоте h3, а температура t2 (и плотность р2) — по высоте h2.

Гидростатическое давление в стояке при его высоте, равной h2+h2+h1 (рис. 12.3), не считая части стояка выше условного центра охлаждения верхнего прибора, где температура воды принята равной температуре воды в главном стояке, составит

g(h3 p3+ h2 p2+ h1 p0) (12.11)

где p0 — плотность воды при расчетной температуре to обратной воды в системе.

Гидростатическое давление в главном стояке (Г. ст. на рис. 16.3) с учетом той же высоты при температуре воды tг)

g(h3 pг+ h2 pг+ h1 pг) (12.12)

где рг — плотность воды при расчетной температуре tг горячей воды в системе.

Естественное циркуляционное давление в вертикальной однотрубной проточной и проточно-регулируемой системе отопления с смешанной разводкой (стояки 1 и 11 на рис. 12.3), возникающее вследствие охлаждения воды в приборах, определяется как разность гидростатического давления в рассматриваемом и главном стояках

∆Ре.пр=g[ h3 (p3-pг)+ h2 (p2-pг)+ h1 (p0-pг)] (12.13)

При увеличении числа этажей в здании число слагаемых в формуле (12.13), а следовательно, и значение ∆Pе.пр будут возрастать.

Выражение для определения ∆Pе.пр можно представить в другом виде (более удобном для вычисления, хотя и менее точном), обозначив среднее уменьшение плотности при увеличении температуры воды на 1 °С через

∆Ре.пр=βg[ h3 (p3-pг)+ h2 (p2-pг)+ h1 (p0-pг)] (12.14)

Для получения более общей и краткой записи выразим разности температуры через тепловые нагрузки и расход воды в стояке

; (12.15)

(16.16)

После подстановки в формулу (16.13) найдем в скобках Q3(h3 + h2 + h1)+Q2(h2 + h1)+Q1 h1 или Q3 h_III +Q2 h_II +Q1 h_I, так как h3 + h2 + h1=h_III, и т. д. (см. рис. 12.3).

Получим более короткое выражение

(12.17)

где h _III h _II и h _I — вертикальные расстояния между центрами охлаждения воды в приборах соответственно на 111,11 и 1 этажах и центром нагревания.

В общем виде при N отопительных приборах в однотрубном стояке

(12.18)

где Q ihi — произведение тепловой нагрузки i-го прибора на вертикальное расстояние hi от его условного центра охлаждения до центра нагревания воды в системе.

В стояках вертикальной однотрубной системы с замыкающими участками (стояк 111 на рис. 12.3) температура и плотность воды изменяются не только в отопительных приборах (условные центры охлаждения — кружки внутри контура приборов), но и в точках стояка (черные точки на рисунке), где смешивается вода, выходящая из прибора и из замыкающего участка.

Естественное циркуляционное давление в такой системе по аналогии с формулой 16.8) составит

∆Ре.пр=g[ h3 (p3-pг)+ h2 (p2-pг)+ h1 (p0-pг)] (12.19)

Некоторое различие в значениях естественного циркуляционного давления по формулам (12.12) и (12.19) определяется тем, что h’1<h1 на 0,5 h пp. В формуле (12.18) при использовании ее для стояков с замыкающими участками высота hi, определяется вертикальным расстоянием между центрами нагревания и охлаждения в той точке, где в стояке изменяется температура воды.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ

Естественное циркуляционное давление в проточно-нерегулируемом стояке больше чем в проточно-регулируемом из-за большего вертикального расстояния между центрами охлаждения и нагревания. Это нужно учитывать при гидравлическом расчёте системы отопления

В стояке с замыкающими участками имеются также так называемые малые циркуляционные кольца у каждого отопительного прибора, образованные самим прибором, подводками к прибору и замыкающим участком. Положение центра охлаждения в приборе и соответствующего центра охлаждения в стояке отличается на 0,5 h пp (стояк111нарис. 12.3), и в малом циркуляционном кольце возникает собственное естественное циркуляционное давление (в заштрихован-ной части прибора вода имеет температуру tвых в замыкающем участке tвх)

(12.20)

где Рвых и Рвх — плотность воды, кг/м³, соответственно при температуре tвых и tвх (для прибора на 111 этаже на рис. 12.3 — tвх=tг, tвых<t3 часто называемой температурой смеси).

Можно также найти естественное давление в малом циркуляционном кольце в другом виде — как разность гидростатического давления по высоте прибора и замыкающего участка

(12.21а)

где Рср.пр и Рз.у — плотность воды, кг/м³, соответственно при средней температуре в приборе и при температуре ее в замыкающем участке.

Отметим, что в параллельно соединенных участках малого циркуляционного кольца протекают два различных потока воды. Один поток с расходом Gпр, обеспечивая теплоотдачу прибора Qпp, охлаждается до температуры tвых. Другой в количестве Gз.у=Gст – Gпр сохраняет свою температуру, равную tвх. В точке смешения этих двух потоков один из них нагревается (вода из прибора), второй — охлаждается (вода из замыкающего участка). Поэтому температуру воды в участках стояка (например, t3 ) и называют температурой смеси.

Рис. 12.4 Расчетная схема вертикальной однотрубной системы водяного отопления нижней разводкой обеих магистралей (с П - образньми стояками)

Ст. I – проточно-регулируемый стояк; Ст. II — стояк с замыкающими участками

Естественное давление в малом циркуляционном кольце при движении воды в стояке сверху вниз способствует возрастанию расхода воды в приборе или, как принято говорить, увеличению затекання воды в отопительный прибор.

Однотрубная система отопления с нижней разводкой обеих магистралей (с П-образными стояками). На рис. 12.4 приведена расчетная схема части такой системы с тупиковым движением воды в магистралях со стояками для трехэтажного здания при теплоснабжении деаэрированной водой. В стояке 1 применены проточно-регулируемые узлы с трехходовыми кранами, в стояке 11 — узлы со смещенными замыкающими участками и проходными регулирующими кранами. На приборах верхнего этажа установлены воздушные краны.

Число приборов на одном этаже здания часто бывает нечетным. Для непарных приборов устраивают П-образные стояки с «холостой» восходящей трубой, либо Т-образные стояки с одной восходящей и двумя нисходящими трубами. Одно время стояки замоноличивались во внутренние бетонные перегородки. Там, где это сделано, стояки фактически превращены в дополнительные проточные бетонные отопительные приборы, а основные приборы присоединены открыто к специально предусмотренным патрубкам на стояках.

Рнс.12.5. Расчетная схема вертикальной однотрубной системы водяного отопления С «опрокинутой» циркуляцией воды в стояках (с нижней разводкой подающей магистрали и верхней прокладкой обратной магистрали)

Ст. I — проточный стояк; Ст. II — проточно-регулируемый стояк; Ст. Ill — стояк с замыкающими участками

Расход и температуру воды в стояках определяют по формулам (12.6) и (12.7).

Естественное циркуляционное давление в любом стояке находят как разность гидростатического давления в нисходящей и восходящей частях стояка. Например, для проточно-регулируемого стояка 1

∆Ре.пр=g[ h3 (p3-pг)+ h2 (p2-pг)+ h1 (p0-pг)] (12.22)

Действительна также формула (16.11) общего вида, причем высота hi зависит от положения центров охлаждения воды (кружки в контуре приборов на стояке 1 или черные точки в стояке 11 на рис 12.4).

Естественное давление в малых циркуляционных кольцах приборов в стояке 11 находят по формуле (12.13)). В нисходящей (правой на рис.12.4) части стояка 11 естественное давление в каждом малом циркуляционном кольце, как было отмечено, способствует затеканию воды в отопительные приборы. Напротив, в восходящей (левой) части стояка, где центры охлаждения выше соответствующих центров охлаждения воды в приборах, оно противодействует затеканию воды и относительно уменьшает расход воды в приборах, что вызывает увеличение их площади. Формула (12.14) относится также к бифилярной схеме стояков.

Однотрубная система отопления с «опрокинутой» циркуляцией воды) с нижней разводкой подающей магистрали и верхней прокладкой обратной магистрали . На рис. 12.5 изображена расчетная схема части такой системы с тупиковым движением воды в магистралях со стояками, имеющими проточные приборные узлы (стояк 1), проточно-регулируемые узлы с кранами (стояк 11) и узлы с замыкающими участками и кранами (стояк 111). Обходные и замыкающие участки делают, как правило, смещенными от оси стояков.

Расход и температуру воды в стояках определяют по формулам (12.6) и (12.7). Естественное циркуляционное давление ∆Ре.пр находят по формуле (12.13) или как разность гидростатического давления в главном обратном стояке (Г. ст на рис.12.5) и в рассматриваемом стояке в здании, имеющем N этажей:

∆Ре.пр=g[ h _N+1(p0-p_N+1)+ h _N(p0-p_N)+…..+ h2 (p0-p2)+ h1 (p0-p1) (16.23)

По формуле (16.23) можно дополнительно учесть отличие плотности воды при температуре t_N+1, в рассматриваемом стояке от плотности воды при температуре tо в главном обратном стояке.

Для большинства рассмотренных вертикальных однотрубных систем отопления характерно одностороннее присоединение приборов к стоякам. Это хотя и увеличивает число стояков, однако позволяет унифицировать узлы обвязки приборов как по диаметру, так и по длине труб, что необходимо для интенсификации производства при массовом обезличенном изготовлении деталей. Кроме того, отопительные приборы из гладких труб малого диаметра (здесь им уподобляются трубы стояков) имеют повышенный коэффициент теплопередачи по сравнению с другими видами отопительных приборов. Следовательно, при увеличении числа открыто прокладываемых стояков уменьшаются размеры основных отопительных приборов.

На основании полученных формул можно сделать следующие выводы:

1) в циркуляционных кольцах вертикальных однотрубных систем водяного отопления естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в отопительных приборах, возрастает с увеличением числа последовательно соединенных отопительных приборов и действует как единая величина, влияющая в равной степени на циркуляцию воды через все отопительные приборы каждого стояка;

2) в малых циркуляционных кольцах отопительных приборов в вертикальных однотрубных системах с замыкающими участками возникает дополнительное естественное циркуляционное давление, зависящее от высоты прибора и степени охлаждения воды в нем. Это давление способствует затеканию воды в приборы при движении воды в стояке сверху вниз и противодействует ему при движении воды снизу вверх.

12.2.2. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ДВУХТРУБНЫЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Схемы двухтрубной системы отопления с смешанной разводкой. В такой системе для каждого из приборов образуется отдельное циркуляционное кольцо, т. е. число циркуляционных колец в системе равно числу приборов.

На рис. 12.6 приведены расчетные схемы двухтрубных стояков с смешанной разводкой для двухэтажного (рис. 12.6 а), с нижней разводкой для N-этажного здания (рис. 12.6,б). Нетрудно заметить, что в подобных кольцах двухтрубных систем как с смешанной, так и нижней разводкой возникает одинаковое естественное циркуляционное давление. Его значение в каждом циркуляционном кольце определяется вертикальным расстоянием между центрами охлаждения и нагревания.

В циркуляционных кольцах через отопительные приборы на первом этаже возникает естественное давление [см. вывод формулы (12.8)]

∆Р^Iе.пр=g h 1(po-pг) (16.24)

где h 1 — вертикальное расстояние между центром охлаждения воды в приборах на первом этаже ч центром ее нагревания в системе отопления.

В циркуляционных кольцах через отопительные приборы на втором этаже

∆Р^IIе.пр=g(h 1+ h 2)(po-pг) (16.25)

где h 2 — вертикальное расстояние между центрами охлаждения воды в приборах на втором и первом этажах.

При нижней разводке в кольцах через отопительные приборы на верхнем N-м этаже действует максимальное естественное циркуляционное давление

∆Р^Nе.пр=g(h 1+ h 2+…+ h _N)(po-pг) (12.26)

Сравнивая написанные формулы, установим, что в циркуляционном кольце какого-либо прибора, расположенного выше другого, возникает дополнительное естественное давление, пропорциональное вертикальному расстоянию между центрами охлаждения воды в этих приборах. Положение центра охлаждения в верхних отопительных приборах на рис. 12.6 б установлено по оси подводок к ним. Неоднородность плотности воды по высоте этих приборов вызывает лишь внутреннюю циркуляцию в приборах и не отражается на циркуляции воды в стояке.

Рис. 12.6 Расчетные схемы вертикальной двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой (а) и нижней разводкой магистралей (б)

На основании полученных формул сделаем вывод, что в вертикальных двухтрубных системах водяного отопления естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в отопительных приборах, различно по значению и независимо по действию для циркуляционных колец приборов, находящихся на разной высоте. Следовательно, в таких системах естественное давление неодинаково влияет на циркуляцию воды через каждый прибор, что в результате может нарушать заданное (расчетное) распределение по приборам воды, подаваемой в стояки насосом. В этом причина наблюдаемой на практике вертикальной тепловой неустойчивости неотрегулированных систем отопления с двухтрубными стояками.

12.2.3 ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ОДНОТРУБНЫЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

В горизонтальных однотрубных системах отопления многоэтажных зданий последовательно соединенные приборы на каждом этаже, образующие ветвь, располагаются на одной и той же высоте над центром нагревания. Промежуточное изменение температуры и плотности в ветви по горизонтали вследствие охлаждения воды в приборах не отражается на значении естественного циркуляционного давления, которое определяется в зависимости от разности гидростатического давления в стояках (вертикальных участках).

В горизонтальных однотрубных системах с приборами, соединенными по проточной (на рис. 12.7 а, показано на первом этаже) и по проточно-регулируемой схемам (на рис. 12.7 а— на втором этаже), естественное циркуляционное давление различно в кольцах через ветви на каждом этаже [формулы (12.16) — (12.18)]: через ветвь на первом этаже

∆Р^Iе.пр=g h 1(po-pг)

через ветвь на втором этаже

∆Р^IIе.пр=g(h 1+ h 2)(po-pг)

и т. д.

В горизонтальной однотрубной системе с замыкающими участками у приборов (на рис. 12.7, а — на третьем этаже) также возникает различное естественное циркуляционное давление в кольцах через ветви на каждом этаже (формулы те же, высота — до условных центров охлаждения, изображенных на рисунке точками на ветви). Кроме того, действует дополнительное естественное давление в малом циркуляционном кольце каждого прибора. Его определяют по формуле, написанной по аналогии с формулой:

∆Ре.мал=g h’ (Рвых-Рвх) (12.27)

где h’ ' — вертикальное расстояние между условными центрами охлаждения воды в приборе и в ветви (рис. 12.7).

Формулы (12.24) — (12.26) относятся также к горизонтальной бифилярной схеме ветви, изображенной на pис. 12.7, б.

В горизонтальных двухтрубных системах отопления естественное циркуляционное давление, возникающее при охлаждении воды в приборах, определяют по формуле (12.26) Величина этого давления незначительна; оно учитывается прежде всего в квартирных системах отопления с естественной циркуляцией воды.

Рис.12.7. Расчетные схемы горизонтальной однотрубной системы водяного отопления

а — с проточной ветвью на первом этаже, с проточно-регулируемой ветвью на втором этаже, с ветвью, имеющей замыкающие участки, на третьем этаже; б—с бифилярными ветвями

Естественное циркуляционное давление в насосной системе водяного отопления является составной частью общего циркуляционного давления, создающего необходимую циркуляцию воды. Общее циркуляционное давление, действующее в расчетных условиях циркуляции, называют расчетным.

12.3 Расчет циркуляционного давленияе в системе водяного отопления

Итак, под расчетным понимают то значение общего циркуляционного давления, которое выбрано для поддержания расчетного гидравлического режима в системе отопления. Расчетное циркуляционное давление выражает располагаемую разность давления (насосного и естественного), которая в расчетных условиях может быть израсходована на преодоление сопротивления движению воды в системе отопления.

Разность давления, создаваемая насосом (насосное циркуляционное давление) постоянна в определенной рабочей точке его характеристики Естественная разность давления (естественное циркуляционное давление) переменна — подвержена непрерывному изменению в течение отопительного сезона из-за возрастания или убывания различия в плотности воды в разных частях системы. Следовательно, общее циркуляционное давление также переменно, и задачей является выбор его значения в качестве расчетного.

Расчетное циркуляционное давление ∆Рр в системе водяного отопления в общем виде можно определить по формуле

∆Рр=∆Рн+Б∆Ре (12.28)

или

∆Рр=∆Рн+Б(∆Ре.пр+∆Ре.тр) (12.28а)

где ∆Рн — циркуляционное давление, создаваемое насосом или передаваемое в систему отопления через смесительную установку; ∆Ре.пр и ∆Ре.тр — естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды (нагретой до расчетной температуры) соответственно в отопительных приборах и трубах циркуляционного кольца системы; Б — поправочный коэффициент, учитывающий значение естественного циркуляционного давления в период поддержания расчетного гидравлического режима в системе (Б<1).

Воздействие переменного естественного циркуляционного давления вызывает отклонение от расчетного гидравлического режима системы, что отражается на количестве протекающей воды и в итоге на теплопередаче приборов, т. е. вызывает тепловое разрегулирование системы.

По характеру воздействия естественного циркуляционного давления на расход воды все насосные системы отопления многоэтажных зданий можно разделить на две группы: 1) вертикальные однотрубные и бифилярные; 2) горизонтальные однотрубные и бифилярные, двухтрубные системы. Расчетный гидравлический режим в этих группах систем для смягчения гидравлического разрегулирования при эксплуатации приурочивают к различным периодам отопительного сезона.

Для вертикальных однотрубных и бифилярных насосных систем (а также для любого вида систем отопления с естественной циркуляцией воды) этот период относят к температуре наружного воздуха tн·р, расчетной для отопления зданий в данной местности. При этой температуре естественное циркуляционное давление в системах достигает своего максимального значения (Б=1). Тогда формула (16.28)для определения расчетного циркуляционного давления в системах отопления первой группы принимает вид

∆Рр=∆Рн+∆Ре (12.29)

Для горизонтальных однотрубных и бифилярных, двухтрубных насосных систем отопления расчетный гидравлический режим относят к периоду наиболее длительного стояния одной и той же температуры наружного воздуха. Для второй группы насосных систем отопления в формуле (12.28) принимают Б=0,4, и тогда

∆Рр=∆Рн+0,4∆Ре (12.30)

Поясним физический смысл выбора значений коэффициента Б в формуле (12.28). Выбор разных периодов отопительного сезона для гидравлического расчета двух различных групп систем водяного отопления делают с целью сохранить возможно дольше необходимую теплоотдачу отопительных приборов. Это одно из мероприятий, способствующих эффективности отопления здания.

Эффективность отопления здания связана с поддержанием заданной температуры помещений в течение требуемого периода времени при нормальных условиях эксплуатации. Заданная температура помещений может быть обеспечена только при строгом соответствии теплоотдачи отопительных приборов расчетным предположениям в течение всего отопительного сезона. Следовательно, эффективность отопления обусловливается прежде всего надежностью системы отопления.

Надежная система отопления, как уже известно, должна быть безотказной и ремонтопригодной. Кроме того, надежная система должна обладать тепловой устойчивостью.

Под тепловой устойчивостью системы, структура которой не нарушается (не проводятся отключения частей, изменения площади приборов и т. п.), понимается ее свойство пропорционально изменять теплоотдачу всех отопительных приборов при изменении температуры и расхода теплоносителя в течение отопительного сезона.

Большей тепловой устойчивостью отличаются системы первой группы — вертикальные однотрубные и бифилярные. Однако, чтобы обеспечить достаточно устойчивую работу их, при эксплуатации этих систем нужно уменьшать расход циркулирующей воды одновременно с понижением ее температуры. Так, в теплый период отопительного сезона расход воды в стояках следует уменьшать приблизительно до 60% расчетного (рис. 12.8). Для такого изменения параметров теплоносителя необходимо проведение автоматического качественно-количественного регулирования в течение всего отопительного сезона.

В большинстве случаев автоматического количественного регулирования еще не предусматривают, и роль естественного регулятора расхода воды предоставляют выполнять естественному циркуляционному давлению. Его значения уменьшаются по мере уменьшения разности температуры горячей и охлажденной воды (на рис. 12.8), например, от 25° при

tн=—30° до 6,5 °С при tн=10 °С). При этом сокращается расход воды во всех отопительных приборах каждого стояка. Этим объясняется то, что при определении расчетного циркуляционного давления в вертикальных однотрубных и бифилярных насосных системах отопления [формула (12.28)] к насосному давлению полностью прибавляется максимальное значение естественного циркуляционного давления.

Рис. 12.8 График изменения температуры tг, tо и расхода воды Gc в вертикальной однотрубной системе отопления в течение отопительного сезона (расчетные tг= =95 °С и tо=70°С соответствуют tн.р.—30 °С)

Это положение можно пояснить pиc. 12.9, где показаны характеристика циркуляционного насоса и отрезок суммарной характеристики двух «насосов» (механического и естественного), вызывающих циркуляцию воды в системе. В рабочей точке А пересечения суммарной характеристики с характеристикой системы отопления под совместным влиянием давления двух «насосов» (∆Рн+∆Ре) обеспечивается расчетный расход воды в системе Gc (при расчетной для отопления температуре наружного воздуха). По мере повышения температуры наружного воздуха естественное циркуляционное давление уменьшается (вследствие уменьшения ∆t,), сокращается и расход воды в системе (точка А на рис. 12.9 стремится к точке Б). В рабочей точке Б расход воды минимален и равен Gн (естественное давление равно нулю). Используя в качестве «регулятора» изменение естественного циркуляционного давления, можно лишь приблизиться (в среднем наполовину) к надлежащему количественному регулированию вертикальных однотрубных систем отопления, и оптимальный гидравлический режим в них достижим только при автоматическом регулировании

Рис. 12.9. Характеристики — насоса (рабочая точка Б) и суммарная (рабочая точка А с учетом естественного циркуляционного давления ∆Ре) применительно к вертикальной однотрубной системе отоплении (расход воды изменяется от Gн до Gс)

Меньшая тепловая устойчивость присуща горизонтальным однотрубным и бифилярным, особенно вертикальным двухтрубным системам отопления. В циркуляционных кольцах этих систем в результате изменения различного по величине естественного циркуляционного давления заметно нарушается расчетный гидравлический режим отопительных приборов. Вода, подаваемая циркуляционным насосом в стояки, перераспределяется между ветвями и приборами: в холодный период отопительного сезона (tн<tср.о.с) значительно увеличивается расход воды в верхней части систем при сокращении расхода в нижней части; в теплый период (tн>tср.о.с) возрастает расход воды в нижней части за счет верхней. Таким образом, в этих системах неизбежно возникает вертикальное гидравлическое и, как следствие тепловое разрегулирование — нарушение тепловой устойчивости.

Выбор расчетного циркуляционного давления по формуле (12.28) создает условия для длительного действия отопительных приборов горизонтальных однотрубных и бифилярных, вертикальных двухтрубных насосных систем в расчетном гидравлическом режиме с сохранением тепловой устойчивости. Такой подход к выбору ∆Рр способствует также уменьшению вертикального теплового разрегулирования при низкой и высокой температуре наружного воздуха и сокращению продолжительности этих периодов в процессе эксплуатации систем отопления.

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

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: