ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ В СИСТЕМАХ С АВТОНОМНЫМ ЦИРКУЛЯЦИОННЫМ КОНТУРОМ
Распределение потоков воды во внутридомовых системах, присоединяемых к кольцевой однотрубной магистрали
Наиболее простой автономный циркуляционный контур — пара закольцованных стояков. Его характерной особенностью является то, что появление водоразбора на опускном циркуляционно-водоразборном стояке контура часто приводит к остановке или опрокидыванию циркуляции в нем в зависимости от места и интенсивности водоразбора. На рис. 5.20, а приведена схема с попарно закольцованными стояками и распределения потоков воды в них.
Исследования на натурном объекте показали, что при отсутствии водоразбора в паре закольцованных стояков, присоединенной к однотрубной кольцевой магистрали, под действием гравитационных сил устанавливается устойчивая циркуляция. Эта циркуляция достаточна, чтобы обеспечить необходимый температурный режим в циркуляционном контуре из двух неизолированных стояков диаметром 32 мм 9-этажного здания. Изоляция стояков и уменьшение площади поверхности теплоотдачи (например, за счет перехода на меньший диаметр стояков или устранения полотенцесушителей) позволяют использовать схемы для зданий высотой до 12 этажей включительно.
По данным АКХ им. К. Д. Памфилова, интенсивность циркуляции в парах стояков может быть увеличена примерно на 30 % за счет перепада давления в магистрали между точками подсоединения пары стояков. Недостаток такой схемы заключается в том, что водоразборные точки опускного стояка находятся в худших температурных условиях, чем подъемного. Это происходит за счет большего пути прохождения воды, а следовательно, и большего ее остывания. При активном водоразборе положение значительно улучшается за счет поступления воды к потребителю непосредственно из магистрали (в этом случае циркуляция опрокидывается) и оба стояка находятся приблизительно в равных температурных условиях.
При выключении водоразборных кранов циркуляция в контуре восстанавливается. Как показывает опыт эксплуатации, время восстановления циркуляционного режима для пары стояков 9-этажного дома составляет 15—20 мин, причем в зависимости от сочетания последних водоразборов может установиться циркуляция, направленная в сторону, противоположную указанной на рис. 5.20, а. Это подтверждается результатами натурных измерений температур на стояке, представленными на рис. 5.21. Монотонное понижение температуры воды по длине стояка и сохранение перепада температуры в течение ночи свидетельствуют о наличии постоянной циркуляции воды в контуре в течение всей ночи.
Более устойчиво работает секционный узел, показанный на рис. 5.20, б, в. Сохраняя преимущества схемы а, т. е. возможность подачи воды с высокой температурой к водоразборному крану по наиболее короткому пути, он позволяет сделать систему менее металлоемкой за счет введения одного лишь стояка на группу водоразборных. В таком секционном узле циркуляция при прочих равных условиях более интенсивна, а охлаждение значительно меньше за счет увеличенного гравитационного давления. Результаты натурных измерений гравитационного давления представлены на рис. 5.22. Дополнительным преимуществом такой схемы внутренней системы является то, что при водоразборе потери давления в стояках, закольцованных в секционные узлы, в несколько раз меньше, чем в тупиковых.
На рис. 5.23, в показана расчетная модель узла, в которой условно принято, что система состоит из холостого стояка АБ, водоразборных (подающих) стояков БВГ, замененных одним эквивалентным по своим гидравлическим характеристикам, и нижней перемычки (или транзитной магистрали) АГ.
Для упрощения расчетов суммарный водоразбор приложен в средней точке подающей части секционного узла В, делящей пополам эквивалентную (приведенную) характеристику сопротивления подающей части секционного узла.
В соответствии с изложенным запишем условие гидравлического равновесия
Знак «±> перед последним членом свидетельствует о возможности опрокидывания циркуляции и поступления воды к точке приложения водоразбора непосредственно из точки Г (см. рис. 5.23). За положительное принято направление движения воды по часовой стрелке.
Таким образом система может находиться в трех состояниях: циркуляция отсутствует, циркуляция положительная, циркуляция отрицательная. Все три состояния системы описываются уравнением (5.27), в котором величина qcjz принимает соответствующие значения. Разделив правую и левую части выражения (5.27) на Sq и проведя необходимые преобразования, получим три уравнения состояния системы, соответственно:
Потокораспределение в системах с баками-аккумуляторами (системы, разделенные на два вертикальных контура)
Рассмотренные внутридомовые системы либо представляют собой простой замкнутый циркуляционный контур, либо легко приводятся к виду простого контура. Однако существуют системы, которые из-за своих специфических особенностей не могут быть приведены к простому одноконтурному виду, поэтому гидравлический расчет их существенно осложняется (рис. 5.24).
Верхний контур I (BEFC) состоит из холостого (главного) стояка, верхней перемычки, водоразборных стоков и нижней перемычки. Нижний контур II (АВСД) представляет собой совокупность подающих трубопроводов (участок АВ)У циркуляционных (участок СД), бака-аккумулятора тепла (АД) и нижней перемычки (ВС). Контуры имеют общий участок ВС. Контур, включающий в себя стояки, верхнюю и нижнюю кольцующие перемычки, имеет гораздо большее гравитационное давление, чем контур II. Однако радиус его действия сравнительно невелик и ограничивается пределами одной секции. Потери напора в этом контуре при объеме необходимой циркуляции приблизительно равны гравитационному давлению. Контур II имеет малую высоту, а следовательно, и малое гравитационное давление, которое может быть значительно меньше гидравлических потерь давления в нижних разводящих трубопроводах сравнительно большой длины. Изменяя сопротивление общего участка ВС, можно перераспределить гравитационное давление между контурами и циркуляционный расход воды в каждом из них.
Гидравлическое равновесие контура II можно записать в виде
Как правило, величины ttir и th являются заданными, qcir определяется по вместимости бака и времени ночного перерыва в водоразборе; qi является также известной величиной из теплового расчета системы, поэтому из формулы (5.40) нетрудно определить
Полученные зависимости позволяют решать все необходимые виды задач, возникающие при расчете двухконтурных систем с естественной циркуляцией. В частности, изменением количества подмешиваемой из перемычки воды qtp достигается возможность обеспечения оптимальной температуры в холостом стояке и оптимальных размеров бака-аккумулятора или водонагревателя, который может быть установлен в системе вместо бака. В связи с тем, что параметры контура I, как правило, менять невозможно без изменения конструкции системы или без нарушения температурных параметров, достичь необходимой величины qtp удается, изменяя характеристику гидравлического сопротивления контура II. Это возможно, как видно из формулы (5.43), путем изменения величины Su и Stp.
Уменьшение характеристики гидравлического сопротивления более трудоемко, чем его увеличение, так как в первом случае требуются или перерасчет системы при проектировании, или перекладка трубопроводов в действующих системах. Поэтому наиболее целесообразно при необходимости изменения qtp соответственно увеличивать Six ИЛИ Stp, устанавливая регулирующие диафрагмы.
