Гидравлика систем отопления и охлаждения

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Пырков В. В.

Закончился XX век, принесший много полезных технических реше­ний, которые призваны служить человеку в отдельности и планете в це­лом. Этот век показал, что природные ресурсы не безграничны и наше будущее зависит от сегодняшнего отношения к их использованию.

Наиболее энергоемкий сектор большинства государств занимают системы обеспечения комфортной жизнедеятельности человека. Но­вым этапом совершенствования таких систем послужило изобретение компанией Данфосс 60 лет тому назад первого в мире терморегулятора. Много воды с тех пор утекло, и он стал неотъемлемой частью систем отопления и охлаждения. Современный терморегулятор позволяет соз­дать комфортные условия для труда и отдыха человека, в значительной мере снизить потребление энергоресурсов и уменьшить техногенное воздействие на окружающую среду

Терморегулятор превратил систему обеспечения микроклимата по­мещения в действенный технический комплекс адекватной реакции на любые внутренние и внешние воздействия, поэтому повысились требо­вания к проектированию таких систем. Одной из основных задач стало создание условий их эффективной работы в стационарном и перемен­ном эксплуатационных режимах. Данный подход заставляет рассматри­вать систему в комплексе и взаимосвязи с ее окружением, проводить системный анализ.

По заключению Мировой энергетической комиссии "современные здания обладают огромными резервами повышения их тепловой эффективности, но исследователи недостаточно изучили особенности теплового режима, а проектировщики не научились оптимизировать теплоту и массу ограждающих конструкций". Такое состояние во мно­гих случаях является следствием развития познания в прошлом веке по пути проб и ошибок. Приблизиться к истине, эффективному результату мог лишь опытный исследователь. Полученные высокие результаты по достоинству оценены современниками, однако остались практически невостребованными прямые математические методы оптимизации сложных энергетических систем, каковыми являются системы отопле­ния и кондиционирования. Вариационные методы, методы линейного и динамического программирования, системный анализ — огромный по­тенциал, который в ближайшем будущем предстоит применять нашим специалистам при проектировании систем обеспечения микроклимата.

Указанные подходы не усложняют проектирование систем, а делают его творческим и вдумчивым, поэтому мы сознательно затрагиваем вза­имосвязь гидравлических и тепловых процессов. Стараемся представить целостную картину работы систем для эффективного использования их потенциала. Пытаемся объединить научный и практический опыт, по­лученный в разных странах. Безусловно, данная работа не всеобъемлю­ща, не является ответом на многогранные вопросы проектирования, монтажа и эксплуатации. Эта книга — лишь результат наших скромных усилий, предпринимаемых в данном направлении. Мы надеемся, что она поможет Вам, с учетом собственного опыта, сделать правильные выводы и воплотить их в повседневной практике.

Данная книга является продолжением научно-практических изы­сканий автора, начатых в предыдущем издании "Особенности совре­менных систем отопления" [1]. В ней обстоятельно рассмотрены гид­равлические процессы, происходящие при регулировании систем обес­печения микроклимата. Выявлены взаимосвязи, уточняющие гидрав­лические характеристики регулирующих клапанов в зависимости от конкретных условий циркуляционных колец системы водяного отопле­ния, либо водяного охлаждения.

В книге рассмотрены широко используемые понятия "внутреннего авторитета", "внешнего авторитета" и "общего авторитета" терморегуля­торов и балансировочных клапанов. Однако они оказались недостаточ­ными для выяснения в полной мере причин искажения расходных ха­рактеристик этого оборудования и целостного восприятия происходя­щих гидравлических процессов, поэтому впервые применено понятие "базового авторитета", позволившее определить степень искажения идеальной расходной характеристики клапана в зависимости от его конструктивных особенностей. Затем показано дальнейшее искажение этой характеристики под влиянием "внешнего авторитета".

Детальное изучение гидравлических процессов в системах обеспе­чения микроклимата позволило выявить неоспоримые преимущества автоматических регуляторов перепада давления и регуляторов расхода. Кроме вносимого улучшения работоспособности системы, применение этого оборудования во многом устраняет неточности расчетов и монта­жа, упрощает процесс ее наладки.

Все полученные уравнения сопровождаются примерами, позволяю­щими получить навыки в проектировании и наладке систем обеспече­ния микроклимата. Они целиком составлены с использованием обору­дования Данфосс. В то же время, для практического применения следу­ет использовать последние версии технического описания данного обо­рудования, поскольку происходит постоянное совершенствование по мере развития научных знаний и применения новых технологий.

Данная книга сегодня издается на иностранных языках и распростра­няется во многих странах. Автор признателен всем коллегам мульти­национальной компании Данфосс за предоставленную возможность внести свой посильный вклад в мировую копилку знаний, за оказание активной помощи в написании книги, ее переводе на иностранные язы­ки, подготовке к изданию, в проведении лабораторных тестов для под­тверждения предлагаемой теории. Огромная благодарность коллегам за внимание и проявленную заботу, а также доброжелательное отношение к автору и создание благоприятных условий для творческой работы.

Особая признательность за вовлечение мировой научной обще­ственности в обсуждение книги, ее кропотливое рецензирование и по­лучение бесценных советов по ее улучшению. Автор понимает, что дан­ная книга противоречит существующим стереотипам в практике расче­та систем обеспечения микроклимата. Во всяком случае, она позволяет еще раз переосмыслить традиционные методы расчета и развить позна­ние. Автор всегда готов дать дополнительные разъяснения по предлага­емой теории и не исключает иных подходов к решению рассматривае­мых задач. Всегда готов к научной дискуссии, восприятию аргументи­рованных замечаний, совместному поиску истины. Со всеми замеча­ниями и предложениями касательно книги просьба обращаться к авто­ру. Все запросы относительно продукции Данфосс следует направлять данной фирме.

УСЛОВНЫЕ БУКВЕННО-ЦИФРОВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А — удельное динамическое давление, Па/(кг/ч)2

а — авторитет (внешний) терморегулятора либо регулирующего

клапана

ав — внутренний авторитет терморегулятора

aeiJ — внутренний авторитет узла обвязки теплообменного прибора

а6 — базовый авторитет терморегулятора либо регулирующего

клапана

а6 — базовый авторитет терморегулятора при г-той настройке

дросселя

ag — базовый авторитет терморегулятора при настройке дросселя

в положение "N"

а+ — полный внешний авторитет терморегулятора либо регулиру­

ющего клапана а* — общий авторитет терморегулятора

а* — общий авторитет терморегулятора при г-той настройке дрос­

селя

а*ст — общий авторитет регулируемого участка (стояка либо при­

борной ветки)

Б — поправочный коэффициент, учитывающий влияние естест­

венного давления b — доля неучитываемого теплового потока трубопроводов

С — объемная доля антифриза, %

С — характеристика сопротивления участка трубы, бар/(м3/ч)"'

см, — теплоемкость воды, кДж/кгхК

с — коэффициент пропорциональности

d — диаметр трубопровода, м

dg — диаметр отверстия диафрагмы, мм

dv — условный диаметр трубопровода, мм

F — сила, Н

fmm — площадь минимально открытого дросселя терморегулятора

(при настройке 1), мм2 /тю — площадь максимально открытого дросселя терморегулятора

(при настройке N), мм2 f45 — площадь открытого проходного отверстия дросселя термо­

регулятора при настройке 4.5, мм2 fR — коэффициент качества регулировочно-технического оснаще­

ния системы G — массовый расход воды, кг/ч

Gc — массовый расход воды в системе, кг/ч

Gcm — массовый расход воды в стояке (приборной ветке), кг/ч

GK — массовый расход воды в клапане, кг/ч

Gjoq — массовый расход воды при полностью открытом клапане,

кг/ч

Gn — номинальный (расчетный) массовый расход воды, кг/ч AG — изменение массового расхода воды, кг/ч

g — ускорение свободного падения, м/с2

Н — напор насоса, м

h — высота подъема затвора клапана, мм

/у — начальная высота расположения затвора терморегулятора,

мм

/?100; hvs — высота подъема затвора полностью открытого клапана, мм к — корректирующий коэффициент

кэ — эквивалентная шероховатость, м

Ау — номинальная пропускная способность, (м3/ч)/бар0’5

Ау — то же, при г-той настройке дросселя, (м3/ч)/бар°’5

Ау — то же, при максимальной настройке дросселя в положение

"N", (м3/ч)/бар°'5

kvs — характеристическая пропускная способность полностью

открытого клапана, (м3/ч)/бар°’5 kvs — то же, при г-той настройке дросселя, (м3/ч)/бар°’5

kvs — то же, при максимальной настройке дросселя в положение

"N", (м3/ч)/бар°'5

Ау, — пропускная способность клапана при настройке 0,58?гтах,

(м3/ч)/бар°'5

Рл — допустимый эквивалентный уровень звука по шуму, dB(A)

/ — длина трубопровода, м

М — момент силы, Нм

т — показатель степени

max — максимальная величина

min — минимальная величина

п — положение настройки регулирующего клапана

итах — максимальное положение настройки регулирующего клапана

Р2 — мощность насоса, кВт

АР — потери давления или избыточное давление, Па [бар]

АРК — потери давления на автоматическом балансировочном

клапане, Па [бар]

АРс — располагаемое давление в системе, Па [бар]

АРст — потери давления в стояке, Па [бар]

АРє — гравитационное (естественное) давление теплоносителя, Па [бар]

АР] — потери давления на трение, Па [бар]

АРМ — потери давления в запорном клапане-спутнике ASV-M, Па

[бар]

АРм — потери давления в местном сопротивлении, Па [бар]

APh — потери давления в терморегуляторе, создаваемые начальным

расположением затвора, Па [бар]

АРп — потери давления, создаваемые смещением затвора при

настройке регулирующего клапана, либо потери давления, создаваемые поворотом дросселя при настройке терморегу­лятора, Па [бар]

АРН — давление, создаваемое насосом, Па [бар]

APpv — автоматически поддерживаемый перепад давления регулято­

ром ASV-PV, Па [бар]

АР0 — потери давления на автоматическом регуляторе расхода ASV-Q, Па [бар]

АР0 — потери давления полностью открытого терморегулятора,

Па [бар]

АРтр — потери давления на участке системы (в трубопроводах и обо­

рудовании) до точек отбора импульса давления автоматиче­ским регулятором перепада давления, Па [бар]

APv — потери давления на регулирующем клапане, Па [бар]

APvs — потери давления на полностью открытом клапане, Па [бар]

АРТ — потери давления на терморегуляторе, Па [бар]

APj — потери давления на полностью открытом терморегуляторе,

Па [бар]

АРШ — максимально допустимый перепад давления на терморегуля­торе, удовлетворяющий условиям бесшумности, Па [бар]

АР2 — потери давления на терморегуляторе без учета потерь давле­

ния в регулирующем сечении, Па [бар]

АР — потери давления на регулируемом участке без учета потерь дав­

ления в регулирующем клапане (терморегуляторе), Па [бар]

р — количество терморегуляторов на регулируемом участке, шт-

О — тепловой поток теплообменного прибора либо теплопотери

помещения (здания), Вт Ом — номинальный тепловой поток теплообменного прибора, Вт

Отр — тепловой поток от трубопроводов, Вт

q — удельный тепловой поток открытых трубопроводов, Вт/м

R — удельные линейные потери давления на 1 м трубы, Па/м

Re — число Рейнольдса

rR; j] — коэффициент сокращения теплопотребления при поддержа­

нии температурных условий в помещении S — характеристика гидравлического сопротивления участка

системы, Па/(кг/ч)2

t — температура, °С

tr — температура горячей воды, °С

/о — температура охлажденной воды, °С

tr — радиационная температура помещения, °С

tsu — оптимальная температура помещения, °С

tz — средняя температура наружного воздуха за отопительный

период, °С At — перепад температур, °С

V — объемный расход воды, м3/ч

ІД — номинальный (расчетный) объемный расход воды, м3/ч

F — объемный расход воды при г-той настройке дросселя термо­

регулятора, м3/ч Vwg — объемный расход водогликолевой смеси, м3/ч

П58 — объемный расход воды при открытом на 58 % клапане, м3/ч

П100 — объемный расход воды при полностью открытом клапане, м 3/ч

р — плотность воды, кг/м3

pg — плотность гликоля, кг/м3

Ар — разница плотностей теплоносителя при расчетном перепаде

температур, кг/м3 Хр — зона пропорциональности клапана, К [°С]

Р — коэффициент затекания теплоносителя в теплообменный

прибор

V — скорость воды, м/с

Я — коэффициент гидравлического трения

| — коэффициент местного сопротивления

а — проводимость, (кг/ч)/Па°’5

УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ