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

Нагревание и охлаждение воды в циркуляционных коль­цах системы создают неоднородное распределение ее плот­ности. В строго 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 теплообмен-

Рис. 7.18. Схемы вертикального циркуляционного кольца теплопроводов без ото­пительных приборов с центром нагревания (ц. н.) а — при постепенном охлаждении теплоносителя воды в трубах; б — прн введе­нии условных центров охлаждения (ц. о.) воды

Ц0г -О-------------------------------------------------------------------------

Л-

Ц01

Рнс. 7.19. Схема вертикального цир­куляционного кольца теплопроводов с произвольно расположенными цент­рами нагревания (ц. н.) и охлажде­ния (ц. о.) теплоносителя воды

Ника, на выходе из которого температура воды имеет наи­высшее значение, и заканчивается при возвращений 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 Дре. пр> образующегося вследствие охлаждения воды в отопительных приборах, и давления Аре тр, вызываемого охлаждением воды в тру-

Бах

ДРе = ДРе. пр + А Ре. тр-

В большинстве случаев — в системах отопления много­этажных зданий — первое слагаемое является основным по значению, второе — дополнительным. В частном случае — в одноэтажных зданиях — основным является Аре. тр.

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 (Д/7е-пр)> связано с видом системы отопления, поэтому его целесообразно произвести совместно с рассмотрением рас­четных схем (§7.4).

При определении естественного циркуляционного дав­ления, вызываемого охлаждением воды в трубах (Л/?е, 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. 7.18, а), в котором при установившемся движении воды ее плотность постепенно возрастает от значения рх (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:

(7.19)

Это же значение циркуляционного давления получим в другом виде с использованием условных центров нагрева­ния и охлаждения воды в трубах (рис. 7.18, б), находя - < щихся на некоторой высоте над плоскостью отсчета /—/,

Лре rp = g 1(Лз — h2) (рз—+ hi) (р4 — Pi)]- (7-20)

!

, В более общем случае при произвольном расположении условных центров нагревания и охлаждения в вертикаль­ном циркуляционном кольце теплопроводов (рис. 7.19) естественное давление, возникающее вследствие охлажде­ния воды в трубах, составит

Аре гр = §[№в— h^ (рэ — pa) + (>i4— Лз) (рз —pi) + — йа)Х

Х(Р4—Pi) + (/i2—hi) (р4—ps)]

Или после преобразования

Аре. тр = g 1МРз — рг) + /Ц (р2 — pi) + ^з (р4—Рз) + h2 (Pi — р6) + htх

X (Р5-Р*)]. (7.21)

По последнему уравнению можно установить, что для получения естественного давления следует вертикальные расстояния от центров охлаждения и нагревания до плос­кости отсчета /—/ 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 Pi<P6)-

Уравнение (7.21) перепишем в общем виде, используемом при проектировании систем водяного отопления:

Ape. TP=g SMpi+i-p*)- (7.22)

Можно сделать вывод: естественное давление, возни­кающее вследствие охлаждения воды в трубах циркуля­ционного кольца, состоящего из N участков, складывается из произведений высоты /г, 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 рнс. 7.19) естественное циркуляционное давление уменьшается.

Следовательно, в системе отопления с верхней разводкой А/?е_тр всегда больше, чем в системе с нижней разводкой, за счет увеличения вертикального расстояния от центров охлаждения в верхней магистрали до центра нагревания.