ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ

Принцип действия системы водяного отопления с естественной циркуляцией воды (рис VI.1) заключается в следующем.

Горячая вода из котла 1 направляется по подающему (горячему) трубопроводу 2 в нагревательный прибор 3, где происходит ее охлаждение. Остывшая в приборе вода возвращается в котел по обратному трубопроводу 4. В действующей системе отопления такая циркуляция воды происходит непрерывно.

Так как в системе отопления объем воды при нагревании увеличивается, то во избежание повышения давления и возможных при этом аварий (разрыв котлов, трубопроводов и т. п.) в самой высокой точке системы устанавливают расширительный сосуд 5, при помощи которого система сообщается с атмосферой. Расширительный сосуд должен вмещать весь прирост объема воды, получившийся при ее нагревании. В системах с естественной циркуляцией расширительные сосуды служат также для отвода воздуха, поэтому их присоединяют к подающим магистралям. Для удаления из системы воздуха и для выпуска из нее воды трубопроводы прокладывают с уклонами. Направление уклонов труб на рис. VI.1 показано стрелками.

В системе, изображенной на рис. VI.1, движение воды по подающим и обратным трубопроводам происходит только за счет разности давлений столбов нагретой и охлажденной воды.

Нагретая в котле вода поднимается вверх по трубопроводу 3, а на смену ей в котел снизу поступает охлажденная вода по трубопроводу 4. Таким образом, циркуляция воды происходит вследствие разности ее объемных весов в подающих и обратных трубопроводах.

Для определения величины циркуляционного давления, возникающего в системе, допустим, что вода, нагреваемая в котле, охлаждается только в нагревательном приборе.

Рассматривая давление, действующее на сечение I—1 обратного трубопровода (см. рис. VI.1), можно убедиться, что с правой стороны на это сечение давит столб охлажденной, а следовательно, более тяжелой воды; с левой же стороны сечение испытывает давление столба нагретой, более легкой воды. Под влиянием разности этих давлений в системе и возникает циркуляция воды.

В правом и левом столбах воды имеются участки с одинаковой температурой, которые не могут создавать разности давлений; к ним относятся участки высотой и h5. Таким образом, разность давлений в сечении I—I создается только участками столбов воды высотой h2, h3, h4.

Давление воды в сечении I—I с правой стороны равно:

Таким образом, циркуляционное давление равно вертикальному расстоянию от середины котла до середины нагревательного прибора, умноженному на разность объемных весов охлажденной и нагретой воды.

Формула (VI. 1) показывает, что величина естественного давления зависит от высоты расположения нагревательного прибора над котлом — чем выше расположен прибор по отношению к котлу, тем большее давление возникает в циркуляционном кольце этого прибора.

При выводе формулы (VI. 1) мы допустили, что вода охлаждается только в нагревательном приборе. В действительности же вода охлаждается не только в приборах, но и в трубопроводах, отдающих тепло в окружающую среду. Понятно, что в неизолированных трубах вода охлаждается больше, чем в изолированных. В результате охлаждения труб, по которым вода движется вниз, естественное циркуляционное давление увеличивается, а в результате охлаждения труб, по которым вода движется вверх, циркуляционное давление уменьшается.

Для дальнейшего уточнения принципа действия системы отопления с естественной циркуляцией воды необходимо знать, какое влияние на величину циркуляционного давления оказывает расположение точки охлаждения ниже точки нагрева, а также наличие в кольце трубопроводов дополнительных точек нагрева, расположенных выше основной точки нагрева (центра теплоисточника)

На рис. VI.2 показана схема, где в точке 1 вода нагревается (точка нагрева), а в точках 2, 3 и 4 охлаждается (точки охлаждения), причем точка 4 расположена ниже точки нагрева. Примем, что вода, нагретая в точке /, охлаждается лишь в точках 2, 3, 4, а остальной трубопровод хорошо изолирован и не отдает тепла в окружающую среду.

Правый и левый столбы воды выше точки 2, имеющие одинаковую температуру и одинаковые объемные веса, уравновешиваются, и их не следует учитывать.

Давление правого столба относительно точки 4

На рис. VI.3 показана схема, в которой вода из основной точки нагрева А поступает в точку 1, в которой охлаждается, а к охлажденной воде в точке 2 подмешивается горячая вода. В этом случае точка 2 является по существу тоже точкой нагрева, в результате чего у2 будет больше уз-

Следовательно, в этом случае циркуляционное давление

Это циркуляционное давление больше давления, которое возникает при наличии второй точки подогрева (точки 2) на величину причем этот дефицит давления действует в сторону, противоположную направлению общей циркуляции.

Схема, изображенная на рнс. VI.4, объясняет влияние охлаждения воды в трубопроводе ча циркуляционное давление. Циркуляционное кольцо трубопровода с точкой нагрева воды А хорошо изолировано, кроме участка БВ. Из точки нагрева вода поступает в точку Б с температурой, которой соответствует объемный вес уг.

На участке БВ вода охлаждается и отдает часть тепла окружающему воздуху и приходит в точку В, а затем в точку А охлажденной с большим объемным весом уо-

Разность давлений правого и левого столбов воды в данном случае будет равна:

Следовательно, циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в каком-либо участке трубопровода, равно разности объемных весов воды в его конечной и начальной точках, умноженной на вертикальное расстояние от точки нагрева (середины теплоисточника) до середины этого участка трубопровода. В горизонтальных участках, на которых происходит охлаждение воды, циркуляционное давление тоже будет равно разности объемных весов в конце и в начале участка, умноженнои на вертикальное расстояние от точки нагрева до середины горизонтального участка.

Системы водяного отопления с естественной циркуляцией воды могут иметь довольно разнообразные схемы подачи воды ,из генератора тепла (котла) к нагревательным приборам. По способу прокладки в помещениях они могут быть вертикальными, горизонтальными, двухтрубными и однотрубными; по расположению магистральных трубопроводов — с верхней и нижней прокладкой горячих магистралей; по компоновке циркуляционных колец— тупиковыми и с попутным движением воды.

Михайлов Федор Семенович ОТОПЛЕНИЕ И ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ - М.: Стройиздат, 1972.