Гидравлическая и тепловая устойчивость различных систем отопления

 

Расчет любой системы отопления и определение количества циркулирующей в ней воды производится для режима максимальной тепловой нагрузки. Однако в связи с изменением внешних условий, тепловая нагрузка системы меняется и расчетный тепловой режим неизбежно нарушается.

Способность системы отопления сохранять постоянство расхода воды на каждом из се участков при нарушении расчетного режима или пропорционально изменять расход на всех участках при изменении общего расхода называют гидравлической устойчивостью системы.

При необходимости изменения теплового режима системы производят качественное регулирование, изменяя параметры теплоносителя при сохранении его количества.

Способность системы к пропорциональному изменению теплоотдачи всех отопительных приборов при изменении параметров теплоносителя называют се тепловой устойчивостью.

Наиболее эффективна система, обладающая как тепловой, так и гидравлической устойчивостью.

Показателем гидравлической устойчивости системы служит отношение расхода на любом из участков системы при переменном режиме к расчетному расходу. Для гидравлически устойчивых систем этот показатель равен единице, а для систем, не обладающих гидравлической устойчивостью, он может быть больше или меньше единицы либо равен нулю, что будет означать полное прекращение циркуляции.

Тепловая и гидравлическая устойчивость систем зависит от их конструктивных особенностей и от способа регулирования их тепловой мощности. Оптимальным режимом работы систем считается такой, при котором обеспечивается теплоотдача приборов, соответствующая расчетной или пропорциональная  ей. Отклонения от оптимального режима называют разрегулировкой системы. Различают вертикальную разрегулировку, характеризуемую неравномерностью теплоотдачи отопительных приборов по этажам, и горизонтальную — при неравномерной теплоотдаче приборов в пределах одного этажа.

Разрегулировка систем отопления может возникать при периодическом отклонении приборов, стояков вследствие особенностей режима отопления помещений или ремонта, дросселирования приборов при индивидуальном регулировании, а также при нарушении теплоизоляции труб, засорении отдельных участков, завоздушивании системы и ряде других причин.

Наиболее устойчивыми в работе являются системы отопления с естественной циркуляцией, обладающие способностью саморегулирования. Действующее давление в этих системах зависит от высоты расположения прибора над генератором тепла и разности плотностей горячей и обратной воды. Количество воды, циркулирующей в таких системах, изменяется в зависимости от величины разности давлений в том или ином циркуляционном кольце. Если в какой-либо из приборов поступает недостаточное количество воды, то остывание ее будет большим, естественное давление в этом кольце увеличится, что повлечет за собой увеличение количества циркулирующей воды. Такое явление может быть и обратным.

В двухтрубных системах всегда возможно отставание в прогреве приборов нижних этажей, давление в циркуляционных кольцах которых всегда меньше, чем в кольцах приборов верхних этажей.
Устранение этого недостатка возможно при тщательном расчете системы с применением для верхних этажей регулировочных кранов повышенного сопротивления.

Стояк однотрубной вертикальной системы можно рассматривать как общий прибор, так как вода проходит через приборы последовательно и действующее естественное давление для всего стояка является как бы средним от величин давлений каждого из приборов. Поэтому при тщательном расчете однотрубной вертикальной системы с естественной циркуляцией теплоносителя она будет обладать такою же способностью к саморегулированию, как и система двухтрубная.

Иное положение наблюдается в системах с искусственной циркуляцией теплоносителя. В этих системах искусственное давление, создаваемое насосом, постоянно, а величина естественного давления зависит от температуры теплоносителя.

Наличие естественного давления в системах с искусственной циркуляцией, режим которых изменяется по графику качественного регулирования, приводит хотя и к небольшому, но количественно-качественному регулированию (рис. 15.2). На рис. 15.2 совмещены характеристики насоса, системы отопления и естественного давления.

Для систем отопления с собственной котельной или систем, присоединенных к тепловым сетям по независимой схеме, прирост
количества циркулирующей воды W, хотя и в небольшой степени, но сказывается на их работе. В системах же с элеватором, имеющим постоянный коэффициент подмешивания, естественное давление на изменение расхода воды влияния не оказывает, так как оно не сопоставимо с давлением, развиваемым сетевыми насосами.

Из практики проектирования известно и видно на примерах, приведенных в предыдущих главах, что в двухтрубных системах
почти всегда остаются непогашенными давления в кольцах приборов верхних этажей. Эти невязки давлений особо ощутимы в системах с верхней разводкой и тупиковым движением теплоносителя, и бывают тем больше, чем меньше нагрузка стояка. Это значит, что в двухтрубной системе из-за отсутствия труб малых диаметров и Соответствующей регулировочной арматуры повышенного сопротивления уже в самом проекте заложена возможность вертикальной разрегулировки ее, увеличивающаяся после монтажа и пуска системы вследствие отклонения действительной величины естественного давления от расчетной.

В двухтрубных системах с тупиковым движением теплоносителя вследствие трудности увязки дальних и ближних циркуляционных колец появляется и горизонтальная разрегулировка, усугубляющаяся переменностью естественного давления.

В двухтрубных системах с попутным движением воды устранение горизонтальной разрегулировки может быть достигнуто тщательным расчетом, но и в этих системах от вертикальной разрегулировки избавиться почти не удается.

При использовании кранов, устанавливаемых у приборов, как горизонтальную, так и вертикальную разрегулировку можно устранить, но это оказывается возможным только для определенного режима работы системы. При переходе на другой режим изменяющееся естественное давление снова нарушает четкость работы системы.

Переменность естественного давления сказывается и на устойчивости работы однотрубных систем, но в значительно меньшей степени. Гидравлическая устойчивость однотрубных систем повышается с увеличением этажности здания.

В результате теоретического анализа и практической проверки работы различных систем отопления установлено следующее:

а) системы с попутным движением воды по сравнению с тупиковым имеют большую гидравлическую устойчивость;

б) из числа систем с тупиковым движением теплоносителя лучшую гидравлическую устойчивость имеют системы с большим количеством веток;

в) тепловая устойчивость двухтрубных систем отопления с нижней разводкой выше тепловой устойчивости систем с верхней разводкой, а однотрубные системы по устойчивости работы при переменных режимах более совершенны, чем системы двухтрубные.

Анализ устойчивости работы систем отопления с искусственной циркуляцией относительно горизонтальных разрегулировок при переменных режимах удобно производить, используя предложенный проф. П. Н. Каменевым метод перемещения единицы расхода.