З намi у вашай хаце зауседы будзе цёпла!

 Подписаться на обновления

Циркуляционное давление в системах с естественной циркуляцией

Прежде чем начинать рассчитывать систему с естественной циркуляцией поговорим о самой необходимой величине, которой мы будем оперировать и конечно же научимся ее вычислять.

Если у вас возникли вопросы по работе сайта звоните по телефону

+375-29-677-53-35

По этому номеру вы можете получить бесплатные консультации.

В статье посвященной естественной циркуляции мы уже разобрались как и почему она работает. Теперь перейдем к практике и к цифрам. Рассмотрим простейшую систему отопления с котлом и одним радиатором. Как видим на рисунке из котла по правой ветке выходит горячая вода, а попадая в радиатор на левой ветке она остывает и возвращается в котел.

Представляем теперь нашу систему как сообщающиеся сосуды с общей точкой 1 и двумя столбами разных жидкостей. Все мы наверняка помним формулу давления столба воды:

P=R*G*H

Вот ее и применим. Давление для правого столба жидкости будет выглядеть так:

Рпр=(Rг*H1*G)+(Rг*H2*G)+(Rх*H3*G)

Левого столба соответственно

Рпр=(Rг*H1*G)+(Rх*H2*G)+(Rх*H3*G)

Где Rг- Плотность горчей воды
Rх- Плотность холодной воды
Н1,Н2,Н3- Высоты столбов
G- Ускорение свободного падения.
Теперь самое главное:
Циркуляционное давление - есть разность между давлениями левого и правого столбов жидкости. (это для нашего случая)

Рц=Рлев-Рпр

После математических преобразований получаем следующую формулу

Рц=G*H2*(Rx-Rг)

Как видим из формулы величина этого давления зависит от ускорения свободного падения, разности высот между центром котла и центром радиатора и разности плотностей воды в подающей линии и обратке. На ускорение свободного падения мы повлиять никак не можем. Разве, что переселиться на другую планету. А вот на все остальные факторы можем. Ведь можем поднять радиаторы или опустить котел. Можем также увеличить разность температур между прямой и обраткой.
Теперь для закрепления материала предлагаю вместе посчитать простейшую систему отопления. Условия задачи следующие:
На полу в гараже стоит котел мощностью 1 квт, а радиатор будет находиться немного выше котла да так, что центр радиатора будет выше центра котла всего на 0,5 метра Температура прямой воды на выходе из котла составит 80 градусов, а обратки 60 градусов. Суммарная длинна трубопроводов системы составит 5 метров. Трубопроводы теплоизолированы.
Вопрос: Какого диаметра трубу необходимо применить при монтаже данной системы?
Давайте считать вместе.
Плотность воды при 60 градусах по Цельсию составляет Rх=983,24 кг/куб метр (данные из справочника)
Плотность воды при 80 градусах по Цельсию составляет Rг=971,83 кг/куб метр
Тогда циркуляционное давление составит:

Рц=(983,24-971,83)*0,5*9,81=56 Па

Давление то мы нашли, но пока это просто цифра. А как теперь его увязать с диаметром трубы?
Понятное дело, что вода, проходя по трубе, испытывает сопротивление. На преодоление этого сопротивления и тратится циркуляционный напор. Если один и тот же расход воды пропускать через трубу малого и большого диаметра, то скорость воды будет выше конечно же в более тонкой трубе и соответственно ее сопротивление тоже. Ну и понятное дело, что чем длиннее будет труба тем больше в ней потеряется давления. При гидравлических расчетах систем отопления оперируют такой величиной как удельная потеря давления. Данная величина указывает количество потерянных Паскалей на 1 метр длинны. Вот например для скорости воды внутри трубы в 0,1 м/сек удельная потеря составит:
Для трубы Ду10 = 19 Па
Для трубы Ду15 = 15 Па
Для трубы Ду20 = 11 Па
Для трубы Ду25 = 8,5 Па
Для трубы Ду32 = 5,5 Па
Зависимость от скорости квадратичная. То есть если вы увеличите скорость в 2 раза ( до 0,2 м/сек), то сопротивление увеличится в 4 раза. А если повысите скорость в 3 раза, то сопротивление возрастет в 9 раз!
Вернемся к нашему примеру. Как мы видим на рисунке длинна прямой составляет 2 метра, а длинна обратки 3 метра. Суммарная длинна кольца получается 5 метров и тогда удельная потеря давления должно составлять не более:

Руд=Рц/L=56/5=11,2 Па/м

Теперь остается дело за малым. Необходимо по специальным таблицам по потере давления и мощности подобрать трубу. Мощность или тепловая нагрузка на всех участках системы у нас одинакова и равна она Q=1 квт. Или:

Q=1*3600/4,187=859 ккал/час

В силу того, что нагреваем воду мы на 20 градусов удельная мощность нашей системы составит:

Qуд=859/20=42,9 ккал/град*час

Теперь смотрим таблицу. (Ее можно пока попросить у администрации сайта, пока мы не перевели ее в нормальный вид) и видим, что при удельной потере давления в 11,2 Па/м удельная мощность составит:
Для трубы Ду10 = 38,5 ккал/град*час
Для трубы Ду15 = 61 ккал/град*час
Для трубы Ду20 = 133 ккал/град*час
Для трубы Ду25 = 237 ккал/град*час
Как видим нашу удельную мощность в 42,9 ккал*град/час труба Ду10 не пропустит, а по сему принимаем для нашей системы ближайший подходящий размер Ду15. Пока мы остановимся на этом размере. Далее для дальнейших расчетов необходимо определить скорость воды в трубе данного диаметра. Расход воды по контуру отопления составит:

G=Q/4,187(Тг-Тх)

где Q- мощность в квт
4,187- теплоемкость воды (кдж/кг*град)
Тг и Тх- температуры горячей и холодной воды соответственно (Прямой и обратки).

G=1/4,187*(80-60)=0,012 кг/сек или 12 грамм/сек

При внутреннем диаметре трубы 15 мм или 1,5 см площадь сечения составит:

S=3,14*1,5*1,5/4=1,76 кв см.

Тогда скорость воды в трубе составит:

V=G/S= 12/1,76=6,8 см/сек или 0,068 м/с

Опять смотрим таблицы и находим, что при этой скорости потока удельное сопротивление трубы составит всего 7 Па/м. Соответветственно 5 метров трассы дадут 5*7=35 Паскалей сопротивления на трение. Но ведь это еще не все потери!
Котел, радиатор, различные изгибы, повороты, краники и вентиля тоже дают сопротивление потоку воды и все это необходимо учесть. Этот момент тоже можно посчитать и оперировать в рассчетах мы будем коэффициентом местных сопротивлений.
Итак имеем:
Три поворота под углом 90 градусов К=1,5
радиатор К=1,6
котел К=2
Вентиль регулировочный К=4
кран шаровый К=3
Данные взяты с более менее достоверных источников и могут отличаться.
Сумма коэффициентов местного сопротивления составляет:

Ксум= 3*1,5+1,6+2+4+3=15,1 (величина безразмерная)

Для скорости воды 0,068 м/с потери давления при сумме местных сопротивлений Ксум=15,1 составит 37,1 Па (данные из специальных таблиц) Далее проводим проверку:
Расчетный циркуляционный напор 56 Па, а сумма потерь (сопротивлений) составила

Рсопр= 5*7+37,1= 72,1 Па

Как видим сумма потерь превышает циркуляционное давление и это говорит о том, что с трубой Ду15 наша система РАБОТАТЬ НЕ БУДЕТ! А вот для того, чтоб наша система заработала так как нужно есть два способа.
Первый- увеличить циркуляционное давление. Можно расположить радиатор повыше или котел пониже, либо увеличить разность температур в системе между прямой и обраткой.
Второй способ- уменьшить сопротивления. Это достигается либо увеличением диаметров труб, либо изменением трассировки системы в сторону уменьшения ее длинны и исключения лишних изгибов и поворотов.
В данной статье мы только познакомились с понятием циркуляционного давления и произвели расчет простейшей системы. В следующей статье мы научимся считать систему посложнее и познакомимся с другими факторами влияющими на циркуляционный напор.

Если вы заметили ошибку или хотите задать вопрос пишите на

glazbaikal@mail.ru

Наша группа В Контакте

Подписаться на обновления

Все права защищены