Однотрубная система отопления с верхней разводкой. На рис. 7.20 приведена расчетная схема части однотруб­ной системы с верхней разводкой и тупиковым движением воды в магистралях (см. рис. 6.2). Стояки даны для трех­этажного здания с различными наиболее часто применяе­мыми приборными узлами. В стояке / показаны проточные узлы, в стояке II — проточно-регулируемые узлы со сме­щенными обходными участками и трехходовыми регули­рующими кранами (КРТ), в стояке III — узлы со смещен­ными замыкающими участками и проходными регулирую­щими кранами (КРП). 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 при-

Ст Г СП СтШ Рис. 7.20. Расчетная схема вертикальной однотрубной системь! 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 111—центры охлаждения воды в стояке)

Борного 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.

Расход воды в стояке GCT, кг/ч, при заданных теплопо - требности помещений, виде отопительных приборов и тем­пературе теплоносителя воды определяется по формуле, аналогичной формуле (6.7),

Get = ^A, (7.23)

С Llfjj

20 -765 где QCT=EQn — тепловая нагрузка стояка, равная суммарной трплопотребности помещений, обслуживаемых стояком (при Qn в Вт вводится множитель 3,6), или, иначе, суммарной тепловой нагрузке приборов; и р2 — поправочные коэффициенты [см. фор­мулу (4.21)]; с — удельная теплоемкость воды [4,187 кДж/(кг-К)!; А/ст — расчетный перепад температуры воды в стояке.

Видно, что расход воды в однотрубном стояке прямо про­порционален тепловой нагрузке стояка Qcx и обратно про­порционален расчетному перепаду температуры воды в стоя­ке Atc?=tT—10.

Температура воды на каждом участке стояка будет про­межуточной между значениями TT и T0 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 U (рис. 7.20)

Q Ст _________________________________ Qa

/г f о ^г ^з

Откуда

= — ((г — ^о) • чет

Аналогично

T2=TT—Ql—Ql. (Tr—10).

Чет

В общем виде температура воды на г'-м участке одно­трубного стояка будет равна:

(7.24)

Ч. С1

Где 2Qi —суммарная тепловая нагрузка всех отопительных при­боров на стояке до рассматриваемого участка (считая по направ­лению движения воды).

На рис. 7.20 заштрихованы половины высоты двух при­боров стояка /, в которых температура воды условно при­нята постоянной и равной U. Можно считать, что темпера­тура воды Ts (и плотность ее рз) сохраняется в стояке по высоте кэ, а температура T2 (и плотность р2) — по высоте /г2.

Гидростатическое давление в стояке при его высоте, равной /j-H-ftj-ffti (рис. 7.20), не считая части стояка выше условного центра охлаждения верхнего прибора, где тем­пература воды принята равной температуре веды в глав­ном стояке, составит

G(h3p3 + h^2+hlPo),

Где р0 — плотность воды прн расчетной температуре T0 обратной воды в системе.

Гидростатическое давление в главном стояке (Г. ст. на рис. 7.20) с учетом той же высоты при температуре воды Tc)

GC*3Pr + >li! pr + /»lpr).

Где рг — плотность воды при расчетной температуре Tr горячей воды в системе.

Естественное циркуляционное давление в вертикальной однотрубной проточной и проточно-регулируемой системе отопления с верхней разводкой (стояки Lull на рис. 7.20), возникающее вследствие охлаждения воды в приборах, определяется как разность гидростатического давления в рассматриваемом и главном стояках

Ape. np = g [Ha (рз—Pr) + Hi (Рз—Pr)+Hi (р0— Рг)1- (7-25)

При увеличении числа этажей в здании число слагаемых в формуле (7.25), а следовательно, и значение А/?е пр будут возрастать.

Выражение для определения Аре 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 Р°~~РГ,

£г Г о

Кг/(м8-К):

Л Ре. np = pg [A. (fp —*») + Й»(*г —*») + Й1 (/г-'о)]. (7.26)

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

TT—1$=А^пр. 'г—^2= Р1Р2;

, , Q3+Q2 + QiR а

После подстановки в формулу (7.26) найдем в скобках Qa(Hs+Hi+H1)+Qt(Ht+Hl)+Qlhl или Q.^HmJtQJiuJtQxhl, так как Л8+Л2+/г1=Л/// и т. д. (см. рис. 7.20).

20S-

Получим более короткое выражение

Aft. np = J^(QsAi[i + Q»Ai[+Qifti)Pifb, (7-27)

Где Лпь Hu и Hi — вертикальные расстояния между центрами охлаждения воды в приборах соответственно на III, II и I этажах и центром нагревания.

В общем виде при N отопительных приборах в одно­трубном стояке

Ape. np=^-S(Q, Ai)PiP«, (7.28)

CUCX |

Где Qjftj — произведение тепловой нагрузки г-го прибора на вер­тикальное расстояние Ht от его условного центра охлаждения до центра нагревания воды в системе.

Пример 7.1. Определим естественное циркуляционное давле­ние, возникающее вследствие охлаждения воды в приборах трех­этажного однотрубного стояка (стояк I или II на рис. 7.20), если тепловая нагрузка отопительных приборов, включая коэффициенты Рх и Р2, составляет Q3= 1163 Вт, Q2=930 Вт, Qt=1396 Вт; высота Hz—H2=3 м, Hx—2 м; температура воды ^г=95 °С, ^о=70°С; р= = 0,64 кг/(м3.К).

Расход воды в стояке по формуле (7.23)

Ст —"ТдТ^ 4,187(95-70)-------- ~ 120 КГ/Ч'

Температура воды на участках стояка по формуле (7.24)

T —i —ре 1163-3,6

U=,tv~lG^-95~4,187-120= 86'7 C'

T _t Q3+Q2 « (1163 + 930) 3,6 H~tr 4,187-120 =80

Естественное циркуляционное давление по формуле (7.26) Аре. пр=0,64-9,81 [3(95—86,7)+ 3(95—80)+ 2 (95—70)] =753,4 Па.

Естественное циркуляционное давление по формуле (7.27) при АШ=АЗ+Л2 + Л1=8 м и Hn=H2+Hi=5 м-.

(1163-8 + 930-5+1396-2) 3,6 = 753,4 Па.

В стояках вертикальной однотрубной системы с замы­кающими участками (стояк III на рис. 7.20) 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 (7.25) составит

Л Ре. ПР = g [H (рз—Рг) + (Р2—Рг) + H'l (Ро — рг)] ■ (7.29)

Некоторое различие в значениях естественного цирку­ляционного давления по формулам (7.25) и (7.29) определяет­ся тем, что hKht на 0,5/гпр. В формуле (7.28) при исполь­зовании ее для стояков с замыкающими участками высота ht определяется вертикальным расстоянием между цент­рами нагревания и охлаждения в той точке, где в стояке изменяется температура воды.

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/гпр (стояк /// на рис. 7.20), и в малом циркуляционном кольце возникает собственное естественное циркуляционное давление (в за­штрихованной части прибора вода имеет температуру /вых, В замыкающем участке /вх)

H

Дре. мал = Я"|£(Рвых —Рвх). (7-30)

Где Рвых 11 Рвх — плотность воды, кг/м3, соответственно прн тем­пературе/вых и TBX (для прибора на /// этаже на рис. 7.20 — ^вх= — tv> tBIAx<t4, 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

Дре. мал = §Апр (Рср. пр —Ра. у)> (7.30а)

Где рср. пр и Рз. у — плотность воды, кг/мэ, 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 Gnp, обеспечивая тепло­отдачу прибора Qnp, охлаждается до температуры /яыч. Другой в количестве G3, у—Gcr—Gnp сохраняет свою тем-

Рис. 7.21. Расчетная схема вертикальной однотрубной системы водяного отопления С нижней разводкой обеих магистралей (с П-образными стояками) Ст. I — проточно-регулнруемый стояк; Ст. И — стояк с замыкающими участками

Пературу, равную TBX. 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, Ts) и называ­ют температурой смеси.

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

Однотрубная система отопления с нижней разводкой обеих магистралей (с П-образнымн стояками — см. рис. 6.3). На рис. 7.21 приведена расчетная схема части такой систе­мы с тупиковым движением воды в магистралях со стояками для трехэтажного здания при теплоснабжении деаэриро­ванной водой. В стояке / применены проточно-регулируе­мые узлы с трехходовыми кранами (КРТ), в стояке // — узлы со смещенными замыкающими участками и проходными регулирующими кранами (КРП). На приборах верхнего этажа установлены воздушные краны.

Число приборов на одном этаже здания часто бывает нечетным. Для непарных приборов устраивают П-образные

Сг.1 Ст Ж СТ. Ж Ст. I «проточный стояк; Ст. II —проточно-регулируемын стояк; Ст III — стояк с замыкающими участками

Стояки с «холостой» восходящей трубой, либо Т-образные стояки с одной восходящей и двумя нисходящими трубами. Одно время стояки замоиоличивались 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.

Расход и температуру воды в стояках определяют по формулам (7.23) и (7.24).

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

Л Ре. np=g[Mp3 — Рз)+Мр2—р2) + 'г1 (р0—рг)], (7.31) где обозначения /ц и — см. на рис. 7.20.

Действительна также формула (7.28) общего вида, при­чем высота h( зависит от положения центров охлаждения воды (кружки в контуре приборов на стояке / или черные точки в стояке II на рис. 7.21).

Естественное давление в малых циркуляционных коль­цах приборов в стояке II находят по формуле (7.30) или (7.30а). В нисходящей (правой на рис. 7.21) части стояка II 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 (7.31) относится также к бифилярной схеме стоя­ков.

Однотрубная система отопления с «опрокинутой» цир­куляцией воды) с нижней разводкой подающей магистрали и верхней прокладкой обратной магистрали — см. рис. 6.4). На рис. 7.22 изображена расчетная схема части такой сис­темы с тупиковым движением воды в магистралях со стоя­ками, имеющими проточные приборные узлы (стояк /), проточно-регулируемые узлы с кранами КРТ (стояк II) и узлы с замыкающими участками и кранами КРП (стояк III). Обходные и замыкающие участки делают, как правило, смещенными от оси стояков.

Расход и температуру воды в стояках определяют по формулам (7.23) и (7.24). Естественное циркуляционное давление Д/?е. пр находят по формуле (7.28) или как раз­ность гидростатического давления в главном обратном стоя­ке (Г. ст на рис. 7.22) и в рассматриваемом стояке в здании, имеющем N этажей:

Д 0е. np=g[ftw+l (Ро —Рдг+1) + '!Л'(Ро —pw)+ ...

■••+Мро — Ра) + МР0 — Рг)]. (7.32)

По формуле (7.32) можно дополн ительно учесть отличие плотности воды при температуре tN+, в рассматриваемом стояке от плотности воды при температуре t0 в главном обратном стояке.

Естественное циркуляционное давление в малом цир­куляционном кольце каждого отопительного прибора стоя­ка /// (рис. 7.22) вычисляют по формуле (7.30) или (7.30а). В данной системе это давление противодействует затека­нию воды во все вертикальные приборы, что приводит к от­носительному увеличению площади их нагревательной поверхности.

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 сиизу вверх.