Вход в систему Поиск по сайтуОтправить сообщение по электронной почте

Технології, секрети, рецепти

 
   


Принцип дії і пристрій системи водяного опалення з природною циркуляцією теплоносія

Подразделы материала "Принцип дії і пристрій системи водяного опалення з природною циркуляцією теплоносія":

Принципова схема системи водяного опалення з природною циркуляцією води (теплоносія) показана на малюнку 1. Вода від котла до нагрівальних приладів і назад рухається під дією гідростатичного напору, що виникає завдяки різній щільності охолодженої і нагрітої води (рідини-теплоносія).

Яка ж сила змушує воду циркулювати в системі водяного опалення з природною циркуляцією, тобто рухатися по трубах з котла у нагрівальні прилади і назад у казан? Ця природна циркуляційна сила виникає при нагріванні води в казані й охолодженні її в нагрівальних приладах. Вода, нагріта в казані 1, як більш легка (яка має меншу щільність), піднімається по головному подає стояка 2 вгору. З стояка вода надходить у розвідні магістральні трубопроводи 3, а з них через стояки, що подають 4 - у нагрівальні прилади. Тут вода остигає і тому стає більш важкою. Наприклад, щільність води при 40 град. становить 992,24 кг / м 3, при 70 ° С - 977,8 кг / м 3, при 95 ° С - 961,9 кг / м 3. Охолоджена вода через зворотні стояки 5 і зворотну лінію 6 опускається вниз і своєю вагою витісняє нагріту воду з котла (теплогенератора) вгору - до головного подає стояк.

Описаний процес природної циркуляції безперервно повторюється і в результаті відбувається постійний рух води в системі водяного опалення з природною циркуляцією теплоносія.

Система водяного опалення з природною циркуляцією (з верхньою розводкою)
Малюнок 1. Система водяного опалення з природною циркуляцією (з верхньою розводкою)
1 - казан; 2 - головний стояк, 3 - розводяща лінія; 4 - гарячі стояки; 5 - зворотні стояки; 6 - зворотна лінія; 7 - розширювальний бак; 8 - сигнальна лінія.

Сила природної циркуляції води в системі опалення, або, як прийнято говорити, циркуляційний тиск, залежить від різниці ваг стовпа гарячої й стовпа охолодженої (зворотної) води, отже, вона залежить від різниці температур гарячої й зворотної води. Крім того, сила природної циркуляції води в системі опалення обумовлюється ще висотою розташування нагрівального приладу над казаном: чим вище розташований нагрівальний прилад, тим більше для нього циркуляційний тиск.

Це можна довести таким чином.

У системах водяного опалення найбільша температура гарячої води зазвичай дорівнює 95 ° С, а охолодженої - 70 ° С. Якщо знехтувати охолодженням води в трубах системи опалення, то можна вважати, що в нагрівальний прилад вода надходить із температурою 95 ° С, а йде з нього з температурою 70 ° С. При цьому умови визначимо спочатку для верхнього, а потім для нижнього нагрівального приладу циркуляційний тиск, під впливом якого відбувається через них рух води.

Проведемо на малюнку 1 пунктирні горизонтальні лінії через центри нагрівальних приладів і котла. Припустимо, що ці лінії є кордоном між водою з температурою 95 ° С і водою з температурою 70 ° C. Очевидно, що на ділянці системи опалення ВГДЛЕ температура води буде однакова і дорівнює 95 ° С, отже, тут не може виникнути сила, яка змусила б воду циркулювати в системі водяного опалення з природною циркуляцією. Однакова і дорівнює 70 ° С; температура на ділянці системи опалення АКІЗ, тому й тут не може бути створена необхідна сила для руху води в системі опалення з природною циркуляцією. Залишається раcсмотреть інші дві ділянки - АВ і ЕЗ. На ділянці системи огрівання АВ температура води дорівнює 95 ° С, а на ділянці ЕЗ вона становить 70 ° С. При такому співвідношенні температур у наявності необхідна умова для виникнення сили природної циркуляції в системі опалення (циркуляційний тиск) - внаслідок різниці ваг води на ділянці ЕЗ і АВ і створюється природна циркуляція в кільці АБВГДЛЕЖЗІК системи опалення. Сказане відноситься до верхнього нагрівального приладу.

Для нагрівального приладу системи опалення, розташованого в нижньому поверсі і включеного в кільце АБВГДЛМЖЗІК, сила природної циркуляції буде створюватися різницею ваг стовпа води ЖЗ і стовпа АБ, тому що на ділянці системи опалення БГДМЖ температура однакова і дорівнює 95 ° С, а на ділянці АЕІЗ температура теж однакова і дорівнює 70 ° С. Але висота стовпів води АВ і ЕЗ відповідно більше висоти стовпів води АБ і ЖЗ. Отже, і різниця у вазі стовпів води АВ і ЕЗ буде більше різниці у вазі стовпів води АБ і ЖЗ, звідси сила природної циркуляції (циркуляційний тиск) для нагрівального приладу другого поверху більше, ніж для нагрівального приладу першого поверху.

Цим пояснюється таке часто спостерігається явище: в системах водяного опалення з природною циркуляцією теплоносія, нагрівальні прилади верхніх поверхів прогріваються краще, ніж нагрівальні прилади нижніх поверхів.

З наведених вище міркувань випливає, що в двотрубних системах опалення з природною циркуляцією теплоносія нагрівальні прилади, розташовані на одному рівні з котлом або нижче його, працювати не будуть або ж будуть дуже слабо прогріватися. Для зазначених систем опалення практикою встановлена найменша відстань між центром нагрівальних приладів нижнього поверху і центром котла в 3 метри. У зв'язку з цим котельні для систем опалення повинні мати достатню заглиблення.

Зазначеного недоліку позбавлені однотрубні системи опалення з природною циркуляцією теплоносія. У цьому випадку гідростатичний напір, що змушує циркулювати воду в системі, буде утворюватися через охолодження води в трубопроводах, що підводять нагріту воду до нагрівальних приладів, а також відвідних охолоджену воду від нагрівальних приладів до котла.

Це охолодження води корисно, по-перше, для створення гідростатичного напору, а по-друге, для додаткового, обігріву приміщення, тому зазначені трубопроводи прокладають відкрито і не ізолюють. Навпаки, охолодження води в головному стояку системи опалення (підйомному трубопроводі) шкідливо, бо призводить до зниження температури і збільшення щільності і, як наслідок, до зменшення гідростатичного напору. У зв'язку з цим підйомний стояк від котла необхідно ретельно теплоізолювати.

Кількість тепла, що віддається приміщенню нагрівальними приладами системи опалення, залежить від кількості надходить у прилад води та її температури. У свою чергу, кількість води, яке може бути пропущено через трубопровід до нагрівального приладу, залежить від сили природної циркуляції, що змушує воду рухатися по трубі. Чим більше сила природної циркуляції води в системі опалення, тим менше може бути діаметр труби для пропуску певної кількості води і навпаки чим менше сила циркуляції (циркуляційний тиск), тим більше повинен бути діаметр труби системи опалення.

Але для нормальної робо системи опалення з природною циркуляцією потрібно ще одна умова: щоб циркуляційний тиск (сила природної циркуляції) було достатнім для подолання всіх опорів, які зустрічає рухома в цій системі вода. Відомо, що вода при своєму русі в системі опалення зустрічає опору, викликані тертям води об стінки труб, а крім них, ще й місцеві опори, до яких відносяться відводи, трійники, хрестовини, крани, нагрівальні прилади і котли.

Опір рухомої води внаслідок тертя, залежить від діаметру і довжини трубопроводу, а також від швидкості руху води (якщо швидкість збільшиться в два рази, то опір - в чотири рази, тобто в квадратичної залежності). Чим менше діаметр і більше довжина трубопроводу і чим вище швидкість води, тим більше опір створюється на шляху води і навпаки. У схемі системи опалення з природною циркуляцією, зображеної на малюнку 1, є два кільця: одне, що проходить через найближчий до котла стояк, і інше, яке проходить через дальній стояк. Оскільки перше кільце системи опалення коротше другого, то при однаковій в обох кільцях тепловим навантаженням та однакових діаметрів труб буде проходити за коротким кільцю більше води, ніж потрібно за розрахунком, в результаті по довгому кільцю системи буде проходити менше води, ніж слід за розрахунком. Щоб цього уникнути, необхідно для далекого стояка системи опалення застосовувати труби більшого діаметру, ніж для найближчого стояка, і таким чином зрівняти опору в обох кільцях системи. При більшій довжині труб опір зростає, зі збільшенням діаметра труб воно падає.

Величина місцевого опору залежить, по-перше, від швидкості води, отже, і від зміни перерізу, що викликає зміна цієї швидкості (наприклад, у кранах, нагрівальних приладах, теплогенераторах і т.д.), по-друге, від зміни напрямку, по якому рухається вода, і зміни кількості води (наприклад, у відводах, трійниках, хрестовинах, вентилях).

Показана на малюнку 1 система опалення з природною циркуляцією води - це система з верхнім розведенням. На малюнку 1 гаряча вода піднімається через головний стояк у магістральний трубопровід, що прокладається зазвичай на горищі будинку.

Система водяного опалення з природною циркуляцією (з нижньою розводкою)
Рис.2. Система водяного опалення з природною циркуляцією (з нижньою розводкою)
1 - нагрівальний казан; 2 - повітряна лінія; 3 - розводяща лінія; 4 - гарячі стояки; 5 - зворотні стояки; 6 - зворотна лінія; 7 - розширювальний бак; 8 - сигнальна лінія.

На малюнку 2 показана система опалення з нижнім розведенням. У цій системі, з природною циркуляцією, що подає магістраль, яка живить висхідні стояки, розташовується на першому поверсі в підпільному каналі або ж у підвалі будівлі. Зворотні стояки приєднуються до загальної зворотної магістралі.

За принципом дії система опалення (з природною циркуляцією) з нижнім розведенням не відрізняється від системи з верхньою розводкою. І тут, і там циркуляція води створюється тому, що гаряча вода, як більш легка, витісняється зворотного водою вгору по стояках; остигаючи в нагрівальних приладах, ця вода опускається вниз через зворотні стояки і знову надходить у казан.

У системах з природною циркуляцією в будівлях невеликий поверховості величина циркуляційного тиску невелика, і тому не можна допускати великих швидкостей руху води в трубах; отже, діаметри труб системи опалення повинні бути великими. Система опалення може виявитися економічно невигідною. Тому застосування систем опалення з природною циркуляцією допускається лише для невеликих будинків.

Конструктивні схеми систем водяного опалення

Конструктивно системи водяного опалення (як із природною, так і з штучною циркуляцією) підрозділяють:

  • за місцем прокладки подаючої магістралі - на системи з верхньою і нижньою розводкою;
  • за способом приєднання нагрівальних приладів до подає стояках - на однотрубні і двотрубні;
  • по розташуванню стояків - на системи з вертикальними і горизонтальними стояками;
  • за схемою прокладки магістралі - на системи з тупиковою схемою і з попутним рухом води в магістралях.

Однотрубні і двотрубні системи опалення

Однотрубні системи водяного опалення не мають зворотних стояків, і вода, охолоджена в нагрівальних приладах, повертається в стояки, що подають.

В однотрубних системах в нижні нагрівальні прилади надходить суміш гарячої води і води, охолодженої у верхніх приладах. Так як температура цієї суміші нижче температури води б приладах верхніх поверхів, то поверхня нагрівання нижніх приладів повинна бути дещо збільшена.

В однотрубних системах опалення вода циркулює в нагрівальних приладах і стояками, які їх живлять, внаслідок різниці температур води в тих і інших. Однотрубні системи можна влаштовувати за двома схемами. При схемі радіатори надходить із стояка тільки частина води, інша вода направляється по стояку до нижчерозташованими радіаторів, Кількість води для кожного нагрівального приладу можна регулювати кранами, встановленими у приладів.

Інша проточна система опалення. Тут вся вода зі стояка проходить послідовно через усі нагрівальні прилади, починаючи з верхньої. На відміну від простої однотрубної системи, у проточній системі в нижележащие радіатори надходить не суміш гарячої та охолодженої у верхніх приладах води, а тільки охолоджена вода.

У проточних системах не можна ставити біля нагрівальних приладів звичайні крани подвійного регулювання. Якщо б були встановлені такі крани, то, перекривши у того чи іншого приладу крап, зменшили б подачу води в усі прилади, приєднані до стояка, а повністю закривши один з кранів, можна припинити циркуляцію води через усі прилади даного стояка. Між тим установка нагрівальних приладів без кранів тягне за собою великі незручності, тому що тоді стає неможливим регулювати температуру повітря в приміщеннях.

Однотрубні системи опалення можуть виконуватися лише з верхньою розводкою, тому їх застосовують у будівлях, де є горища і де можна розташовувати подають магістралі у верхніх поверхах. Поверховий пуск даних систем в дію неможливий, і в цьому їх недолік,

Однак у порівнянні з двотрубними системами опалення однотрубні простіше в монтажі і, крім того, мають більш красивий зовнішній вигляд. Гідність їх у тому, що на пристрій однотрубної системи потрібно менше труб, ніж на пристрій двотрубної.

Всі ці позитивні особливості однотрубних систем вельми істотні і цілком виправдовують їх широке застосування.

Системи опалення з вертикальними й горизонтальними стояками

Якщо нагрівальні прилади різних поверхів підключаються до єдиного стояка, то така система є системою з вертикальними стояками. Якщо ж нагрівальні прилади одного поверху підключаються до єдиного стояка - це система з горизонтальними стояками. Перевагою системи з горизонтальним розташуванням стояка є менша вартість монтажу й економія труб. Недоліком є складність експлуатації та можливість скупчення повітря в нагрівальних приладах з утворенням повітряних пробок.

Недоліки систем опалення з природною циркуляцією води:

  • скорочений радіус дії (до 30м по горизонталі) з-за невеликого циркуляційного тиску;
  • підвищена вартість (до 5-7% вартості будинку), у зв'язку із застосуванням труб великого діаметру;
  • збільшені витрати металу і затрати праці на монтаж системи;
  • загальмовано включення системи в дію;
  • підвищені небезпека замерзання води в трубах, прокладених в неопалювальних приміщеннях.

Переваги системи опалення з природною циркуляцією води:

  • відносна простота пристрою і експлуатації системи опалення;
  • незалежність дії від постачання електричною енергією;
  • відсутність насоса, а відповідно шуму і вібрацій;
  • порівняльна довговічність (при правильній експлуатації система може діяти 35-40 років і більше без капітального ремонту);
  • саморегулювання, яка обумовлює рівну температуру приміщень. У системі при зміні температури і щільності води змінюється і витрата внаслідок зростання або зменшення природного циркуляційного тиску. Одночасна зміна температури і витрати води забезпечує теплопередачу приладів, необхідну для підтримки заданої температури приміщень, тобто додає системі теплову стійкість.
Просмотров: 91521 · Комментарии · Версия для печати

Другие материалы:

Внимание! © X51.project 2007-2018гг.
Дозволяється копіювання та інше використання матеріалів сайту при умові встановлення гіперпосилання, не забороненої до індексації пошуковими системами, на матеріал або головну сторінку сайту Технології, секрети, рецепти.
 
Вверх | Технології, секрети, рецепти | Администрирование | Контакты | Поиск | Карта раздела
Захист деревини | Дугове зварювання та різання металів | Столярні роботи | Арматура. Арматурні роботи.