Принцип действия и устройство системы водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Принципиальная схема системы водяного отопле­ния с естественной циркуляцией теплоносителя показана на рис. 1.1

. Вода от котла к приборам теп­лообменника и обратно двигается под действием гидростатического напора, возникающего благодаря различной плотности охлажденной и нагретой жид­кости (теплоносителя).

Какая же сила заставляет воду циркулировать в системе, т.е. двигаться по трубам из котла в нагре­вательные приборы и обратно в котел? Эта сила воз­никает при нагревании воды в котле и охлаждении ее в нагревательных приборах. Вода, нагретая в кот­ле 1, как более легкая, поднимается по главному по­дающему стояку 2 вверх. Из стояка она поступает в разводящие магистральные трубопроводы 3, а из них через подающие стояки 4 - в нагревательные прибо­ры. Здесь вода остывает и поэтому становится более тяжелой. Например плотность воды при 400С состав­ляет 992,24 кг/м3, при 70 °С - 977,8 кг/м3, при 95°С -961,9 кг/м3. Охлажденная вода через обратные сто­яки 5 и обратную линию 6 опускается вниз и своим весом вытесняет нагретую воду из котла вверх - в главный подающий стояк.

Описанный процесс непрерывно повторяется и в результате происходит постоянная циркуляция воды в системе.

Сила циркуляции, или, как принято гово­рить, циркуляционное давление, зависит от разности весов столба горячей и столба охлажденной (обрат­ной) воды, следовательно, она зависит от разности температур горячей и обратной воды. Кроме того, циркуляционное давление обуславливается ещё высотой расположения нагревательного прибора над котлом: чем выше расположен прибор, тем больше для него циркуляционное давление.

Это можно доказать следующим образом.

В системах водяного отопления наибольшая темпе­ратура горячей воды обычно равна 95°С, а охлажден­ной - 70°С. Если пренебречь охлаждением воды в трубах, то можно считать, что в нагревательный при­бор вода поступает с температурой 95°С, а уходит из него с температурой 70°С. При этом условии опреде­лим сначала для верхнего, а затем для нижнего на­гревательного прибора циркуляционное давление, под влиянием которого происходит через них движение воды.

Проведем на рис. 1.1а пунктирные горизонтальные линии через центры нагревательных приборов и котла. Допустим, что эти линии являются границей между водой с температурой 95°С и водой с температу­рой 70°C. Очевидно, что на участке ВГДЛЕ температура воды будет одинакова и равна 95°С, следовательно, здесь не может возникнуть сила, которая заставила бы воду циркулировать. Одинакова и равна 70°С; температура на участке АКИЗ, поэтому и тут не мо­жет быть создана необходимая сила. Остается раcсмотреть остальные два участка - АВ и ЕЗ. На учас­тке АВ температура воды равна 95°С, а на участке ЕЗ она составляет 70°С. При таком соотношении температур налицо необходимое условие для возникновения циркуляционного давления - вследствие разности весов воды на участке ЕЗ и АВ и создается; циркуляция в кольце АБВГДЛЕЖЗИК. Сказанное относится к верхнему нагревательному прибору.

Для прибора, расположенного в нижнем этаже и включенного в кольцо АБВГДЛМЖЗИК, циркуляционное давление будет создаваться разностью весов столба воды ЖЗ и столба АБ, так как на участке БГДМЖ температура одинакова и равна 95°С, а на участке АЕИЗ температура тоже одинакова и равна 70°С. Но высота столбов воды АВ и ЕЗ соответствен­но больше высоты столбов воды АБ и ЖЗ. Следовательно, и разница в весе столбов АВ и ЕЗ будет боль­ше разницы в весе столбов АБ и ЖЗ, отсюда цирку­ляционное давление для прибора второго этажа боль­ше, чем для прибора первого этажа.

Этим объясняется следующее часто наблюдающее­ся явление: в системах водяного отопления нагрева­тельные приборы верхних этажей прогреваются луч­ше, чем приборы нижних этажей.

Из приведенных выше рассуждений вытекает, что в двухтрубных системах отопления нагревательные приборы, расположенные на одном уровне с котлом или ниже его, работать не будут или же будут очень слабо прогреваться. Для указанных систем практи­кой установлено наименьшее расстояние между цен­тром нагревательных приборов нижнего этажа и центром котла в 3 метра. В связи с этим котельные для систем отопления должны иметь достаточное заглубление. Указанного недостатка лишены одно­трубные системы отопления. В этом случае гидро­статический напор, заставляющий циркулировать воду в системе, будет образовываться из-за охлажде­ния воды в трубопроводах, подводящих нагретую воду к нагревательным приборам, а также отводящих ох­лажденную воду от приборов к котлу.

Это охлаждение полезно, во-первых, для создания гидростатического напора, а во-вторых, для дополни­тельного, обогрева помещения, поэтому указанные трубопроводы прокладывают открыто и не изолиру­ют. Напротив, охлаждение воды в главном стояке (подъемном трубопроводе) вредно, ибо приводит к снижению температуры и увеличению плотности и, как следствие, к уменьшению гидростатического на­пора. В связи с этим подъемный стояк от котла не­обходимо тщательно теплоизолировать.

Другие статьи по теме

Альтернативная энергетика
«Пусть не напрасно греет и светит солнце. Пусть не напрасно течет вода и бьют волны о берег. Надо отнять у них дары природы и покорить их, Связав по своему желанию» Данте Алигьери (1265-1321) О, как был прав это ...

Подшипники качения
В то время, как космические корабли бороздят просторы галактики… Сегодня трудно представить себе мир без компьютера, и мало кто задумывается, а что же на самом деле мы называем умными машинами. И уж точно ни ...