Учебник для вузов

Отопление

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Насос, действующий в замкнутом контуре системы отопления, воду не поднимает, а только ее перемещает, искусственно усиливая циркуляцию, и поэтому называется циркуляционным. В процессе заполнения или возмещения потери воды в системе отопления циркуляционный насос также не участвует; заполнение происходит под действием давления в наружных теплопроводах, в водопроводе или при помощи подпиточного насоса.

Бездействующий циркуляционный насос в отопительной системе затоплен водой и испытывает равное гидростатическое давление (если вода не нагревается) с двух сторон — со стороны входного (всасывающего) и выходного (нагнетательного) патрубков, соединенных с теплопроводами. Циркуляционный насос включается, как правило, в обратную магистраль системы отопления. Это обусловлено чисто технической причиной — при перемещении более холодной воды увеличивается срок службы подшипников, ротора и сальниковой набивки, через которую проходит вал насоса. С точки зрения создания искусственной циркуляции воды в замкнутом контуре местоположение циркуляционного насоса безразлично — в системе отопления он может быть включен и в подающую магистраль, где, кстати, обычно меньше гидростатическое давление.

Мощность циркуляционного насоса зависит от расхода и циркуляционного давления.

Расход насоса GH, кг/ч и т/ч (или подача насоса LH, м3/ч), определяется количеством воды, перемещаемой насосом за определенный промежуток времени, отнесенным к этому промежутку (обычно к часу). Для циркуляционного насоса, включенного в общую магистраль, расход равен общему расходу воды в системе отопления

Удельную энергию, связанную с подъемом воды водопроводным насосом, называют напором насоса и выражают в метрах водяного столба (м вод. ст.).

Удельную энергию, сообщаемую воде отопительным насосом, связанную с преодолением сопротивления движению воды в замкнутом контуре системы отопления, называют циркуляционным давлением насоса и выражают в Н/м2 или Па — Паскалях (кгс/м2).

Величина циркуляционного давления отопительного насоса определяется сопротивлением движению воды. Так как в системе отопления насосная циркуляция (вынужденное движение воды) накладывается на гравитационную (свободное движение), то циркуляционное давление на-сосз Арн меньше сопротивления движению воды в системе Дрс на величину естественно возникающего циркуляционного давления Аре

Все же основной величиной, определяющей значение Арн, остается Арс. Сопротивление движению воды в системе отопления (или так называемая потеря давления в системе) пропорционально скорости движения воды в теплопроводах. Скорость движения минимальна при естественной циркуляции воды. В насосной системе вынужденная скорость движения воды значительно больше, однако для теплопроводов по технико-экономическим соображениям устанавливается верхний предел скорости.

Одно из технических условий действия системы отопления, в данном случае водяного, — акустическое требование бесшумности протекания воды. Такое требование ограничивает скорость движения воды в теплопроводах систем отопления гражданских и некоторых промышленных зданий.

В отечественной и зарубежной литературе указывается о возможности повышения предела скорости движения воды в гражданских зданиях до 1,8—2 м/с.

Верхний предел скорости движения воды может быть также установлен путем проведения экономического расчета, и в этом случае, если акустическое ограничение не учитывается, возможно отклонение от указанных значений скорости.

За основу экономического расчета берется положение — годовые расходы по эксплуатации системы отопления должны быть минимальными. С увеличением скорости движения воды уменьшается диаметр труб, вследствие чего сокращаются, с одной стороны, капитальные вложения и, следовательно, затраты на текущий и капитальный ремонт, а также отчисления на восстановление капитальных вложений и увеличиваются, с другой стороны, сопротивление системы и затраты на расходуемую насосом электроэнергию. В результате такого экономического расчета выбирают оптимальные значения скорости и сопротивления движению воды в системе отопления.

На практике для определения Ари часто используют, не проводя экономического расчета, соотношение, рекомендованное в свое время проф. В. М. Чаплиным

в котором принимается средняя потеря давления 100 Па (10 кгс/м2) на 1 м длины наиболее протяженного циркуляционного кольца системы (длина кольца 2/ м).

Выбор давления насоса по выражению предопределяет уменьшение скорости движения воды в теплопроводах в несколько раз против указанных предельных значений, в связи с чем не только увеличивается металлоемкость, но и возникают отрицательные явления при действии системы отопления — нарушается гидравлический режим и снижается тепловая надежность.

Снижение тепловой надежности обусловлено возрастанием влияния такого переменного фактора, как естественное циркуляционное давление на количество воды, протекающей через отопительные приборы. Поэтому вообще для обеспечения расчетного гидравлического режима при действии системы следует стремиться к увеличению циркуляционного давления насоса.

Вместе с тем нужно отметить, что скорость движения воды в магистралях двухтрубной системы отопления малоэтажных зданий должна быть ограничена по следующей причине: при высокой скорости эжекти-рующее действие основной струи в фасонных частях может нарушить циркуляцию воды в отдельных малонагруженных стояках системы.

На практике встречается вынужденное ограничение насосного циркуляционного давления (и скорости движения воды) при использовании зависимых схем отопления, особенно при незначительной разности давления в наружных подающем и обратном теплопроводах в точке ввода их в конкретное здание.

В системе отопления, также возможно ограничение циркуляционного давления насоса в том случае, если в перспективе предполагается ликвидация котельной и зависимое присоединение системы отопления к наружным теплопроводам. При этом учитывается, что в процессе проектирования наружных теплопроводов для будущего присоединения отдельных зданий по зависимой схеме принимается минимальная разность давления в них на уровне, не превышающем 12-104 Па  (12-Ю3 кгс/м2).

В системе отопления используется специальный отопительный циркуляционный насос, перемещающий значительное количество воды и развивающий при этом относительно небольшое давление. Это — горизонтальный лопастной насос центробежного, осевого или диагонального типа, бесшумный в действии, непосредственно соединенный с электродвигателем, закрепляемый на трубе без фундамента. Например, диагональный отопительный насос, предназначен для перемещения до 22 т/ч воды при циркуляционном давлении всего (10—25) 103Па или (1—2,5) 103 кгс/м2.

Каждый тип насоса обладает собственной, только ему присущей характеристикой, получаемой в процессе стендовых испытаний опытного образца при определенной частоте вращения электродвигателя. Характеристика выражает зависимость между расходом насоса и соответственно циркуляционным давлением   Ga—ApB>  коэффициентом  полезного действия (к. п. д.) GH—г)н, мощностью насоса GH—NH.

По характеристике насоса, пример которой дается на  IV.5, можно отметить для всех типов отопительных насосов постепенное уменьшение циркуляционного давления и увеличение мощности по мере возрастания расхода, а также получение максимального значения к. п. д. при определенном расходе насоса (точка Б).

Для обеспечения расчетных параметров, бесшумности и экономии электроэнергии при действии насоса рекомендуется при его выборе ориентироваться на одну из точек в пределах рабочего отрезка характеристики. Все такие точки также называются рабочими.

При отсутствии отопительных насосов для создания циркуляции в системе отопления используют высоконапорные центробежные насосы общепромышленного назначения. Высоконапорный насос уступает отопительному насосу по ряду монтажных и эксплуатационных показателей: его необходимо устанавливать на фундамент, снабжать электроэнергией от силового кабеля, а не от осветительной сети, при его действии создаются излишний шум и вибрация труб и строительных конструкций, требуется обводная труба для сохранения циркуляции воды при остановке.

Центробежный насос общепромышленного назначения, создающий избыточное для системы отопления давление, по расходу приводится к расходу воды в системе путем погашения излишка его давления.

В теплопроводы системы отопления включают два одинаковых циркуляционных насоса, действующих попеременно: при работе одного из них второй находится в резерве (резервный отопительный насос может находиться на складе). Присоединение теплопроводов к циркуляционным насосам различно для отопительных и для общепромышленных высоконалорных насосов. Во втором случае на рисунке показано дополнительное оборудование — обводная труба 4 с задвижкой, нормально закрытой, виброизолирующие вставки 5 (резиновые длиной 900 мм, армированные спиральной проволокой), неподвижные опоры 6, препятствующие осевому растяжению резиновых вставок; фундамент насосов также снабжается виброизолирующими вставками.

Задвижки 2 до и после обоих насосов (действующего и бездействующего) постоянно открыты, особенно если предусматривается автоматическое переключение насосов (например, после непрерывного суточного действия);  обратный  вдашш 3  препятствует  циркуляция  воды  через бездействующий  насос   (предотвращает,   как   говорят,   работу   насоса «на себя»).

Мощность насоса пропорциональна произведению секундного расхода (подачи) на давление. Мощность электродвигателя, Вт, определяется с учетом коэффициентов полезного действия насоса г\я и необходимого запаса k по формуле (в единицах системы СИ)