Гидравлика систем отопления и охлаждения

ТЕПЛО — И ХОЛОДОНОСИТЕЛЬ

Перенос теплоты и холода по трубопроводам осуществляют при помо­щи жидкостей или газов, называемых в системе отопления теплоносителя­ми, а охлаждения — холодоносителями. В дальнейшем при проявлении их общих закономерностей используется термин теплоноситель, а при осо­бенностях, характерных для систем охлаждения, — холодоноситель.

Из многообразия теплоносителей наиболее применяемой является вода. Она дешева, практически не сжимаема, способна переносить коли­чество теплоты при равных объемах почти в 100 раз больше, чем водяной пар и в 6800 раз — чем воздух. В то же время имеет ряд недостатков, усложняющих проектирование и эксплуатацию систем. Ее плотность, объем и вязкость зависят от температуры; температура кипения — от давления; кислородорастворимость — от температуры и давления. Кроме того, она вступает в химические и электрохимические реакции с металлами, имеет большую плотность.

Отрицательные свойства воды устраняют в процессе производства оборудования, проектирования систем и их эксплуатации. Вся продук­ция Данфосс адаптирована к химическому составу воды. Контактирую­щие с водой элементы, как обязательное минимальное требование, выполнены из устойчивых к коррозии металлов: специальной латуни, хромированной стали, нержавеющей стали... Уплотнители изготовлены из устойчивых к растворенным в воде химическим веществам: бутадие - накрилонитрильного и этиленпропиленового каучука, фторопласта...

Качество теплоносителя — характерный признак современных ав­томатически регулируемых систем обеспечения микроклимата. Регу­лирование и контроль параметров воды в них осуществляется через отверстия и каналы весьма малых сечений. От их состояния зависит эффективность работы системы в целом и ее элементов в частности, поэтому качество воды должно быть не нормативно декларируемым, а реализованным на практике. Особенно это относится к странам Вос­точной Европы, где только начинается процесс перехода от морально и физически устаревших систем к новым системам, а также осуществ­ляется попытка их совмещения. При этом предлагаемые пути реше­ния — отказ от услуг теплосетей либо дополнительное фильтрование теплоносителя перед насосами, тепломерами, регуляторами — увели­чивают капитальные и эксплуатационные затраты, снижая энергоэф­фективность систем.

ЕІаиболее объемлющие требования к воде в инженерных системах зданий представлены в VDI 2035 [11; 12]. Дополнительные рекомендации по безопасному сочетанию оборудования водяных систем, выполненного
из различных металлов, приводятся в специаль­ной литературе, напри­мер, [13]. Но даже при высоком исходном качес­тве воды существует не­обходимость ее очистки от загрязнений, попадаю­щих при монтаже и экс­плуатации систем.

Для обеспечения ра­ботоспособности и избе - Рис. 2.1. Фильтры сетчатые жания повреждений тер­

морегуляторов, автома­тической запорно-регулирующей арматуры, трубопроводов и т. п. ис­пользуют сетчатые фильтры Данфосс (рис. 2.1). Особенно важно их применение в системах с чугунными радиаторами, из которых в тече­ние многих лет эксплуатации вымываются частички формовочной массы. Загрязняющие частички оседают на сетку фильтра, находящу­юся под углом к потоку воды, и собираются в камере. Камера может быть оснащена шаровым краном для промывки фильтра под напором воды трубопровода. При открывании крана вода промывает сетку и выносит накопленную грязь. Если конструктивно промывочный кран не предусмотрен, — устанавливают отключающие краны с обеих сто­рон фильтра. Во всех фильтрах сетка выполнена съемной для регене­рации без демонтажа корпуса. Она изготовлена из нержавеющей ста­ли. Корпус — из латуни для резьбового соединения либо чугуна для фланцевого соединения. Условный диаметр присоединения от 8 до 300 мм. Размеры ячеек 0.3, 0.5, 0.8, 1.25, 1.6 мм.

Особое внимание следует уделять системе обеспечения микрокли­мата при использовании добавок к воде, снижающих температуру крис­таллизации. Наибольшее распространение получили коммерческие ан­тифризы на основе этилен - и пропиленгликоля. Они предотвращают разрушение системы периодического действия, вызванное переходом воды из жидкого агрегатного состояния в твердое при ее остывании. До­бавляемые в состав антифриза ингибиторы коррозии предотвращают деструкцию внутренних поверхностей элементов этих систем, вызван­ную химическими или электрохимическими процессами при взаимо­действии с водой.

Добавки к воде влияют на гидравлические и теплотехнические ха­рактеристики оборудования системы. Менее существенное воздействие,
по сравнению с этиленгликолем, оказывает пропиленгликоль. Плот­ность этиленгликоля (С2Н60,) при температуре 20 °С превышает плот­ность воды в 1,34 раза. Кинематическая вязкость воды с 50 % содержа­нием этиленгликоля возрастает примерно в 4 раза. Коэффициент объ­емного расширения водоэтиленгликолевой смеси увеличивается в 1,5...2 раза. Безусловно, такие свойства антифризов приводят к необхо­димости корректировки показателей работоспособности системы. Ори­ентировочное влияние этиленгликоля на характеристики системы представлено в табл. 2.1 [14].

Влияние антифриза на расход водогликолевой смеси Vwg, м3/ч, в клапанах определяют по формуле:

Ке = v 7---------------- ^-------- или V = И] (2.1)

* WW-cs)p+cgPg

где V — объемный расход воды, определяемый по графику клапана из технического описания, м3/ч; 100 — размерный коэффициент; С — объемная доля антифриза в смеси, %; р — плотность воды при 20 °С, принимаемая равной 1000 кг/м3; р — плотность антифриза, кг/м3; к — корректирующий коэффициент.

При использовании этиленгликоля с р = 1338 кг/м3 или пропилен- гликоля с р = 1036 кг/м3 значения корректирующих коэффициентов представлены в табл. 2.2. Сравнение этих коэффициентов указывает на преимущества пропиленгликолевой смеси с водой.

Пример 1. При перепаде давления АР = 60 кПа на регулирующем клапане MSV-F DN 65 с настройкой 3 объемный расход воды составля­ет V = 9,50 м3/ч. Применение смеси воды с 30 % содержанием этиленгли - коля приведет к изменению расхода:

V = 0,953 х 9,50 = 9,055 м3/ч.

w. g /

На характеристики тепло - и холодоносителя оказывает также сущес­твенное влияние процесс управления мощностью системы обеспечения микроклимата, осуществляемый как централизованно, так и индивиду­ально. При этом перенос теплоты (холода) Q, Вт, определяют уравнением:

О = c^pVAt/ 3600 = c„,GAt/ 3600 = 1,16 GAt, (2.2)

где 1,16 — размерный переводной коэффициент, учитывающий тепло­емкость воды с, г, кДж/кгхК; G — массовый расход теплоносителя, кг/ч; At — перепад температур воды в системе обеспечения микроклимата, °С.

По уравнению (2.2) определяют необходимый расход воды для системы в целом и потребителей в отдельности. Из него же следуют возможные способы регулирования системы:

• массовым расходом G (количественное регулирование);

• перепадом температур At (качественное регулирование);

• комбинированием At и G (качественно-количественное регулиро­вание).

Любой из способов приводит к изменению проектно заданных пара­метров теплоносителя. Некоторого устранения негативного влияния на перераспределение потоков в системе достигают уменьшением значе­ния At. Этот перепад температур характеризуют разностью плотностей воды в подающем и обратном трубопроводах, определяемую по уравне­нию [15]:

р = 1003,1 0,1511 / 0,003/А (2.3)

где 1003,1; 0,1511 и 0,003 — размерные коэффициенты; t — температура воды, °С.

Температура воды в трубопроводах систем обеспечения микрокли­мата зависит от многих факторов, в том числе от традиций страны. Низ­кие значения перепадов температур теплоносителя применяют в систе­мах отопления Великобритании и Соединенных Штатов Америки соот­ветственно д/ = 82 — 71 = 11 °С и At = 93 — 82 = 11 °С, высокие — встре­чаются в странах Восточной Европы — At = 150 - 70 = 80 °С. Широко распространены в Европе средние перепады температур — 20 и 25 °С. Эти перепады изменяются для систем обеспечения микроклимата в зданиях различного назначения. Уменьшают их также с 25 до 15 °С при увеличении этажности здания. Для систем отопления в полу Дt прини­мают равным 5 °С, а для систем холодоснабжения фенкойлов — 6 °С. Из всего многообразия проектных подходов однозначно можно отметить: чем ниже значение At, тем гидравлически стабильнее будет работать си­стема при качественном регулировании из-за снижения влияния грави­тационного давления.

Качество теплоносителя является исходным фактором эффектив­ной работоспособности автоматического оборудования систем обеспечения микроклимата.

Применение водогликолевых смесей требует корректировки гидрав­лических и тепловых показателей системы обеспечения микрокли­мата, рассчитанной для теплоносителя воды. Водопропиленглико - левая смесь оказывает значительно меньшее влияние на изменение гидравлических характеристик клапанов, чем водоэтиленгликолевая смесь.

Выбор температуры воды зависит от назначения системы, тради­ций страны, назначения и этажности здания, способа регулирования.