Одной из самых простых является система отопления с естественной циркуляцией. Однако эта простота при отсутствии надлежащего опыта работ с такими системами может «вылезти боком» в процессе эксплуатации.

Отопление с естественной циркуляцией было широко распространено еще десяток лет назад в загородных небольших домах и некоторых квартирах с индивидуальным отоплением. Сейчас же рынок «завоевывают» системы с принудительной циркуляцией теплоносителя, благодаря возможностям, которые они предоставляют.

Но поговорим все же про водяное отопление с естественной циркуляцией.

Конструкционные особенности системы

Системы отопления с естественной циркуляцией включают в свой состав:

• отопительный котел, нагревающий воду;
• подающий трубопровод, «поставляющий» горячую воду к отопительным приборам (радиаторам);
• обратный трубопровод, по которому вода возвращается в котел;
• нагревательные приборы - радиаторы, отдающие тепло в окружающую среду;
• , предназначенный для компенсации температурного расширения жидкости.

Принцип действия системы

Вода, нагреваясь в котле, поднимается вверх по центральному стояку и по подающему трубопроводу поступает в радиаторы отопления (нагревательные приборы), где отдает часть своего тепла. Далее уже охлажденная вода по обратному трубопроводу вновь поступает в котел и снова нагревается. Затем цикл повторяется, обеспечивая комфортную температуру в отапливаемом помещении.

Для обеспечения естественной циркуляции теплоносителя (обычно воды) в системе горизонтальные части трубопровода монтируются с уклоном не менее 1 см на погонный метр длины горизонтального участка системы отопления.

Горячая вода, вследствие уменьшения своей плотности при нагревании, поднимается по центральному стояку вверх, выдавливаемая холодной водой, возвращающейся в котел. Далее самотеком растекается по подающему трубопроводу к радиаторам отопления. После «пребывания» в них вода также самотеком стекает обратно в котел, вновь выдавливая вверх уже нагретую в котле воду.

Воздух, попавший с теплоносителем в систему, может создать воздушную пробку в радиаторах отопления, но, зачастую, в таких системах отопления с естественной циркуляцией пузырьки воздуха благодаря уклонам трубопровода «путешествуют» вверх и выходят в расширительный бачок открытого типа (бак, контактирующий с атмосферным воздухом).

Расширительный бачок предназначен для поддержания постоянного давления в системе отопления, благодаря тому, что он заполняется увеличившимся при нагревании объемом теплоносителя, который затем «отдает» обратно в систему при понижении температуры жидкости.

Делаем выводы!

Итак! Подъем воды в системе (стояке к подающей трубе) осуществляется благодаря разнице между плотностями нагретой и охлажденной жидкости. Движение же (циркуляция) поддерживается еще и благодаря гравитационному давлению (обратная труба).

При движении теплоносителя по трубопроводу в системе отопления с естественной циркуляцией на жидкость действуют силы сопротивления:

• трение жидкости о стенки труб (для снижения используются трубы большого диаметра);
• изменение направления движения жидкостью на поворотах, ответвлениях, каналах отопительных приборов (радиаторов).

Основные физические параметры системы отопления с естественной циркуляцией

Циркуляционный напор Рц - физическая величина, определяемая разностью высот центров котла и самого нижнего отопительного прибора (радиатора).

Чем больше разница высот (h) и разница плотностей нагретой (ρ г) и охлажденной (ρ о) жидкостей в системе, тем более качественная и стабильная будет циркуляция теплоносителя.

Р ц =h(ρ о -ρ г)=м(кг/м 3 -кг/м 3)=кг/м 2 =мм.вод.ст.

«Поищем» причину появления циркуляционного напора в системе отопления с естественной циркуляцией в «дебрях» законов физики.

Если допустить, что температура теплоносителя в системе отопления «делает прыжок» между центрами приборов (котла и радиаторов), то есть верхняя часть системы содержит более горячую воду, чем нижняя часть системы.

Плотность (ρ г)(ρ г).

Отсекаем (мысленно) верхнюю часть на схеме контура и… Что мы видим? Знакомую картину со школы - два сообщающихся сосуда, находящиеся на разном уровне. А это приведет к тому, что жидкость с более высокой точки по действием гравитационной силы будет перетекать в более низкую.

Вследствие того, что отопительная система представляет собой замкнутый контур, то вода не выплескивается, а просто стремиться выровнять свой уровень, что приводит к выталкиванию нагретой воды вверх и к дальнейшему ее «самостоятельному гравитационному» пути по системе отопления.

Вывод таков! Основополагающим показателем циркуляционного напора является разница высот установки котла и последнего (нижнего) в системе радиатора. Поэтому в системах отопления частных домов котлы по возможности располагают в подвалах, соблюдая предельную высоту в 3 м.

В квартирных вариантах котлы стараются «углубить» до плиты перекрытия, соответственно «пожарообезопасив» «гнездо» посадки котла в пол.

Согласно формуле, приведенной выше, на циркуляционный напор существенной влияние оказывает и разница плотностей холодной и горячей воды в системе.

Система отопления с естественной циркуляцией является саморегулируемой системой, то есть, например, при повышении температуры нагрева теплоносителя естественным образом (см. формулу) увеличивается циркуляционный напор и, соответственно, расход воды.

При низкой температуре в отапливаемом помещении разница плотностей воды большая и циркуляционный напор достаточно большой. При прогреве помещения теплоноситель уже не так остывает в радиаторах, и разница плотностей нагретого и охлажденного теплоносителя уменьшается. Соответственно уменьшается и циркуляционный напор, уменьшая «расход» воды.

Охладился воздух в помещении? Например, кто-то открыл двери на улицу. Разница плотностей опять возросла, увеличив напор воды.

Недостатки и преимущества систем отопления с естественной циркуляцией

К недостаткам водяных систем отопления с естественной циркуляцией можно отнести:

• Небольшое циркуляционное давление, которое определяет ограниченное использование таких систем отопления - небольшой горизонтальный радиус действия (до 30 м).
• Большая инертность системы отопления, обусловленная большим объемом теплоносителя в системе и низким циркуляционным давлением.
• Вероятность замерзания воды в расширительном баке открытого типа, который, обычно находится в холодном (неотапливаемом) чердачном помещении.

Основным преимуществом таких систем является энергонезависимость котлов на твердом топливе. То есть такие системы можно использовать в домах, где отсутствует электроснабжение. Большая инертность системы из-за достаточно большого объема теплоносителя в системе может играть как положительную (некое подобие теплового аккумулятора при «потухшем» котле), так и отрицательную роль - значительное время изменения температуры системы, особенно на стадии запуска.

Виды схем отопления с естественной циркуляцией

Какую систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя Вы выберете? Надеемся правильную!

Циркуляция Тосола в двигателе — основное требование, предъявляемое к системе охлаждения (СО). Благодаря тому, что жидкость проходит по всем компонентам СО, обеспечивается стабильная работа мотора и предотвращение его перегревания. Из каких элементов состоит система охлаждения и как происходит циркуляция расходного материала, мы расскажем ниже.

[ Скрыть ]

Компоненты системы охлаждения

Сначала разберем основные элементы СО и их предназначение.

Расширительный бачок

Резервуар располагается в моторном отсеке. Через него в охладительную систему поступает расходный материал. Емкость для компенсации меняющегося в ходе эксплуатации, а также при расширении объема вещества.

Жидкостный насос

Один из основных компонентов СО. С помощью этого устройства выполняется непосредственно процедура циркуляции хладагента по магистралям охладительной системы. Жидкостный насос может быть оборудован дополнительным насосным устройством, в зависимости от конструктивных особенностей силового агрегата.

Пользователь Astragaz S. в своем ролике показал, как работает СО.

Радиаторы

Предназначение этого устройства заключается в понижении температурного режима охлаждающей жидкости под воздействием постоянного холодного воздушного потока. Это позволяет сильнее отдавать устройству тепло, таким образом, увеличивая эффективность свойства охлаждения. В СО используется радиатор охлаждения силового агрегата, а также радиаторное устройство отопителя. В холодное время года тепло, которое отдает двигатель, передается через радиатор на печку в салон авто. Чтобы понизить температуру горения топливовоздушной смеси, используется еще один тип радиаторного устройства, предназначенный для охлаждения выхлопных газов.

Электровентиляторы

В любой охладительной системе есть электрический вентилятор. Он применяется для обдува силового агрегата машины.

Датчики

Контроллеры СО применяются для фиксации температуры работы мотора. Показания с датчиков выводятся на приборную панель автомобиля. Благодаря этому водитель может своевременно узнать о перегреве двигателя. Есть еще один датчик — вентилятора. Он вступает в работу, когда фиксирует слишком высокую температуру хладагента.

Термостат

Предназначение этого устройства заключается в том, что прибор устанавливает определенный уровень и объем охлаждающей жидкости. Расходный материал контролируется термостатом, что позволяет ему поддерживать оптимальный температурный уровень. Располагается устройство между радиатором, а также рубашкой охлаждения, в шланге.

Схема циркуляции охлаждающей жидкости

Простая схема циркуляции хладагента

Теперь поговорим о том, по какому пути в ДВС автомобиля происходит циркуляция жидкости. Информация, приведенная ниже, актуальна для всех моторов, независимо от того, сколько цилиндров в них стоит.

Итак, жидкость циркулирует следующим образом:

1. Вы заводите движок, расходный материал сразу начинает проходить по магистралям СО. На этом этапе циркуляция осуществляется с помощью насосного устройства. Он вступает в работу в результате воздействия ремешка ГРМ или специального ремня.
2. Охлаждающая жидкость еще не нагрелась, поэтому она закачивается в силовой агрегат с применением насосного устройства. Расходный материал начинает греться в результате его циркуляции по цилиндрам ДВС, которые отдают тепло. Антифриз начинает забирать тепло, таким образом повышая свою температуру. После этого хладагент поступает на насос. Это малый круг и он повторяется до того момента, пока хладагент до конца не прогреется.
3. Большой круг циркуляции расходного материала вступает в работу после того, как жидкость прогреется до нужной температуры. В момент начала его работы термостат блокирует малый круг. С помощью насосного устройства расходный материал начинает закачиваться в двигатель. Жидкость, обладая повышенной температурой, циркулирует по магистралям и поступает в радиатор. Здесь она оставляет часть тепла, передавая его в отопительную систему или в окружающую среду.
4. После этого хладагент опять закачивается в двигатель машины насосным устройством. Если расходный материал не может обеспечить должное охлаждение мотора, при этом температура жидкости продолжает расти, в работу вступает датчик вентилятора. Он обычно монтируется в нижней части радиаторного устройства. Его активация приводит к началу работы вентилятора.
5. После охлаждения антифриза до нужной температуры вентиляторы выключаются.

Диагностика системы охлаждения

Если нет циркуляции хладагента в охладительной системе, нужно проверить ее работоспособность. Причин неполадок может быть много.

Если циркуляция пропала, проверка выполняется следующим образом:

1. Сначала выполните диагностику состояния всех шлангов. На патрубках не должно быть изгибов. При диагностике удостоверьтесь в том, что шланги не перебиты и не соприкасаются с движущимися или слишком горячими компонентами силового агрегата. Появление перегибов станет причиной снижения потока расходного материала, что в итоге приведет к перегреву. Также желательно произвести диагностику температуры патрубков, для этого потребуется инфракрасный термометр. При активации печки температура подводящей и отводящей магистрали будет примерно одинаковой, если система работает правильно.
2. Проверьте работоспособность термостата. При сильном износе этот элемент может заклинить в закрытом или открытом положении. В первом случае произойдет перегрев мотора, во втором увеличится расход топлива, поскольку мотор будет работать на холодную. Если причина неработоспособности устройства заключается в неправильной его установке, надо демонтировать термостат и заново его установить. Если приспособление вышло из строя из-за износа, то его следует поменять, а если из-за загрязненной охлаждающей жидкости, то перед сменой обязательно выполните промывку СО.
3. Обязательно проверьте уровень жидкости в системе охлаждения. Обычно перегрев ДВС происходит в результате нехватки расходного материала. При необходимости долейте хладагент в систему. Проверьте состояние патрубков и радиаторного устройства, а также прочих элементов схемы. Часто причина утечки кроется в ослабленных хомутах на шлангах. Если поврежден радиатор, то устройство надо заваривать аргонной сваркой или менять. Все поврежденные шланги также подлежат замене.
4. Выполните проверку основного уплотнения на крышке радиатора. Если на нем имеются следы растрескивания либо повреждения, то пробка подлежит замене. Также на крышке имеются два клапана, предназначенных для изменения давления и вакуума в устройстве. Они без проблем поднимаются и устанавливаются в начальное положение под воздействием пружины. Если это не так, пробка подлежит замене. Что касается самой пружинки, то она всегда оказывает сопротивление. При его отсутствии крышку также надо менять.

Грязное радиаторное устройство Отложения в патрубках СО

2010-01-27

При строительстве индивидуального жилого дома перед будущими жильцами непременно встает закономерный вопрос: какую систему отопления предпочесть. На этом этапе важно правильно поставить цель проекта, чтобы с само-го начала избежать ненужных трат и ошибок. В данной статье мы рассмотрим главную цель - высокую надежность работы системы отопления.

Холодное время года имеет продолжительность не менее полугода, а зимой морозы бывают такие, что отопление становится главным условием пригодности дома для проживания. Это особенно ощущается в случае отключения электроэнергии зимой и вообще в холодное время года. Замерзнуть в темноте — перспектива не из приятных. В конце концов, свет можно получить разными способами: свечи, фонари и т.п., холодильник в холодное время, в крайнем случае, можно заменить балконом, лоджией или холодной террасой, воду принести из колодца или магазина и т.д. Но тепло в доме — вот что должно работать бесперебойно. Приобретение же портативного электрогенератора по карману не каждому, да и его обслуживание сопряжено с разного рода неудобствами: шум, необходимость ручной активации, нежелание оставлять потенциально опасный работающий аппарат без присмотра. К тому же, у автономного генератора продолжительность необслуживаемой работы не превышает нескольких часов, а электричество в сельской местности, случается, отсутствует по нескольку суток.

Итак, поставим цель — добиться максимальной надежности работы системы отопления на основе одного источника энергии, например, газа, хотя это может быть и угольное, и дровяное отопление, и даже теплообменник. Правильный расчет естественного циркуляционного давления будет не лишним даже для систем с принудительной циркуляцией теплоносителя, позволяя более эффективно использовать электрический насос, ведь законы физики работают вне зависимости от наличия или отсутствия оборудования для транспортировки воды по трубам. Это также может оказаться полезным при выходе из строя насоса: если позволит автоматика котла, система отопления сможет некоторое время работать и без принудительной циркуляции.

Из истории известно, что уже в Древнем Риме были попытки утилизировать теплоту продуктов горения для нагревания воды или пара в отопительных целях. В то время и вплоть до середины XX века водяное отопление устраивалось с естественной циркуляцией воды, т.е. подъем горячей воды вверх осуществлялся за счет свойства воды становится менее плотной при нагреве. По мере отдачи тепла и охлаждения вода стекала вниз.

Область использования систем отопления с естественной циркуляцией воды

Рассмотрим в первую очередь случаи, в которых целесообразно использование водяного отопления с естественной циркуляцией. Область применения таких систем довольно широка.Наиболее выгодно использовать ее для отопления жилых обособленных зданий, например, коттеджей, дач, т.е. вообще любых зданий, расположенных как в городской, так и в сельской местности.

Также системы с естественной циркуляцией воды используют там, где не желателен шум и вибрация, создаваемых циркуляционными насосами, это касается жилых домов, где люди особенно ценят тишину и покой, а также особых производственных зданий, например, измерительных лабораторий.

Надо только четко понимать, что система водяного отопления с естественной (еще ее называют «гравитационной») циркуляцией будет тем эффективней работать, чем выше оборудованный ей дом. В высоких зданиях гидростатическое давление в вертикальных частях системы может достигать значений, соизмеримых с давлением, создаваемым насосом. Это связано со свойством воды передавать давление, создаваемое на ее поверхности, по всему объему, каждой точке системы.

Наилучшим образом данный эффект иллюстрирует знаменитый опыт Блеза Паскаля (1648 г.): в наполненную до краев закрытую бочку он вставил тонкую трубку диаметром 1 см 2 длиной 5 м, поднялся на второй этаж и вылил в трубку кружку воды. Давление внутри бочки из-за этого повысилось настолько, что бочку просто разорвало.

Принципиальная схема системы отопления с естественной циркуляцией воды

Как известно из законов физики, при нагревании все тела расширяются, т.е. их плотность уменьшается. Это относится и к воде, хотя именно у воды имеется отклонение от этого закона. При 4 °C вода имеет наибольшую плотность — 1000 кг/м 3 , а при охлаждении ниже этой температуры и при нагревании выше нее плотность падает. Мы будем рассматривать случай нагревания воды выше 4 °C, значит, плотность воды будет падать, побуждая ее подниматься вверх. График зависимости плотности воды ρ от температуры t показан в табл. 1 и на рис. 1. При нагревании воды от 4 до 100 °C плотность воды уменьшается от 1000 до 958,4 кг/м 3 , что составляет 4 %, а в отопительных системах при нагреве воды от 50 до 95 °C изменение плотности составляет 2,5 %. Вот на этих-то, казалось бы, небольших процентах и держится вся система естественной циркуляции воды системы отопления.

Теплогенератор или теплообменник находится внизу, нагретая более легкая жидкость поднимется вверх, а на ее место поступает более холодная. Это принципиальное для отопления явление мы наблюдаем ежедневно, нагревая воду в чайнике или кастрюле. Здесь на пользу человека работают три закона физики: закон земного притяжения, закон расширения тел при нагревании и закон неразрывности струи. Схема естественной системы водяного отопления выглядит следующим образом: источник тепла (например, котел), теплопровод (трубы), расширительный бак и отопительные приборы (радиаторы).

Такая система будет работать непрерывно, пока котел нагревает воду. Нагретая вода поднимается по трубам вверх, а, дойдя до верхней точки, стекает вниз, отдавая тепло и охлаждаясь. Расширительный же бак служит для компенсации расширения воды. Такую систему принято называть «система с верхней разводкой».

Сравнение систем с естественной и принудительной циркуляцией

Электрический циркулярный насос можно включать или не включать в цепь системы водяного отопления. В чем разница для потребителя?

Еще раз отметим, что система водяного отопления с естественной циркуляцией тем выгоднее, чем выше здание. В высоких зданиях гидростатическое давление в вертикальных частях системы может достигать значений, соизмеримых с давлением, создаваемым насосом. Это принципиальное свойство систем с гравитационной системой водяного отопления накладывает и некоторые ограничения на область ее применения, а именно, в малоэтажных зданиях радиус действия ее составляет примерно 20 м по горизонтали, т.е. отапливаемая площадь каждого этажа составляет от 400 до 1200 м 2 в зависимости от места расположения котла.

Второе отличие (оно же и преимущество) гравитационной системы по сравнению с системой с насосом состоит в относительной простоте обслуживания систем с естественной циркуляцией воды и в ее долговечности. Она может прослужить 40-50 лет без всякого вмешательства, нужно лишь периодически контролировать уровень воды в расширительном баке.

Еще одно преимущество гравитационной системы заключается в хорошем стабильном режиме отопления помещений, что объясняется явлением количественного саморегулирования. При изменении температуры воздуха в помещении (например, похолодание, ветреная погода и т.п.) система сама начинает повышать скорость течения воды и выравнивает температуру.

Как это происходит? Очень просто: если понизилась температура окружающего воздуха при постоянной температуре воды в котле, то увеличится разность температур, следовательно, увеличится и разность плотностей воды, а, значит и разность давлений. Под увеличенным давлением вода будет циркулировать быстрее, и количество поступающего в помещение тепла увеличится. И наоборот, если стало жарко, то эффект саморегулирования сработает в сторону снижения поступающего тепла. Одновременное изменение температуры и количества протекающей воды обеспечивает такую теплоотдачу отопительных приборов, которые поддерживают ровную температуру в помещениях. Наконец, еще одно отличие гравитационных систем от систем с насосом заключается в необходимости использовать трубы большего диаметра, чтобы сила трения воды о стенки труб не сильно влияла на естественное ее течение. С этим связана и повышенные первоначальные капиталовложения в такую систему, во-первых, из-за покупки более толстых труб, и, во-вторых, из-за значительных трудозатрат при монтаже, который надо выполнять, пунктуально следуя схеме. Система не простит нарушения законов физики. Но вообще в конструкции гравитационной системы отопления нет ничего особенно сложного, автор лично знаком со многими владельцами частных домов, которые, не имея высшего строительного образования, самостоятельно выполнили монтаж несложной системы водяного отопления с естественной циркуляцией воды, аккуратно и тщательно собирая одно звено за другим.

Основные разновидностисистем отопления

По положению труб, объединяющих отопительные приборы по вертикали или по горизонтали, системы делятся на вертикальные и горизонтальные. А в зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами бывают системы одно и двухтрубные. В каждом стояке однотрубной системы приборы соединяют одной трубой, и вода протекает последовательно через все приборы. В двухтрубной же системе приборы отдельно присоединяют к двум трубам — подающей и обратной, а вода протекает через каждый отопительный прибор независимо от других.

В данной статье рассматривается открытая однотрубная вертикальная система водяного отопления с естественной циркуляцией воды и отопительным котлом в качестве теплогенератора.

Гидростатическое давление, создаваемое в системеводяного отопления

Согласно законам гидродинамики, давление на двух разных уровнях воды будет разным, оно отличается на величину, численно равную весу вертикального столба жидкости, заключенного между этими уровнями, с площадью сечения, равной единице. Рассмотрим сначала случай системы, заполненной водой с одинаковой температурой. Формула для расчета давления была получена Паскалем и выглядит так:

p 2 = p 1 + ρgh, (1)

где p 2 — давление в нижней точке; p 1 — давление в верхней точке; ρ — плотность воды, равная приблизительно 1000 кг/м 3 ; g — ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с 2 ; h — высота водного столба, м. Напомним, что давление — это тоже сила, а именно, физическая величина, характеризующая состояние сплошной среды и, соответственно, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности .

Давайте оценим, какое же дополнительное давление p может создать столб жидкости в трехэтажном доме высотой h, например, 8 м, т.е. рассмотрим случай, когда расширительный бак (верхняя точка системы) находится на высоте 8 м относительно котла. Тогда гидростатическое давление столба жидкости будет равно:

p ст = ρgh = 1000 кг/м 3 × 9,8 м/с 2 × 8 м = 78 400 Па ≈ 0,8 атм. Итак, как видно из расчета, гидростатическое давление столба воды трехэтажного дома чуть менее атмосферного давления (1 атм = 101 326 Па, ).

Гидродинамическое давление при движении воды в трубах

В системе отопления вода не стоит на месте, а течет. Это означает, что имеется гидродинамическая составляющая давления. Рассчитаем ее и сравним со статическим давлением. При установившемся движении потока воды полное давление по уравнению Бернулли составит:

где p — давление, Па; ρ — плотность воды, кг/м 3 ; g — ускорение свободного падения, м/с 2 ; h — расстояние от оси потока воды до плоскости сравнения, м; v — скорость движения воды в потоке, м/с; ρgh — гидростатическое давление, Па. Оценим обе составляющие. При скорости v = 1,5 м/с имеем ρv 2 /2 = 1091 Па.Возьмем перепад высот 1 м, для него гидростатическое давление составит:ρgh = 1000 × 9,8 × 1 = 9800 Па. Мы видим, что даже при небольшой высоте в 1 м гидродинамическое давление почти в 10 раз меньше гидростатического, а для трехэтажного дома это значение превышает 78 000 раз. Поэтому гидродинамическим давлением можно пренебречь, что существенно упрощает расчеты.

Давление с учетом нагрева воды в котле

В системе отопления вода не просто течет, а еще и нагревается котлом. Рассчитаем гидростатическое давление в системе водяного отопления с нагреваемой водой. Что изменилось в этом случае по сравнению с ранее рассмотренным? Изменилась температура воды. Следовательно, изменится и давление воды в системе. Это очень важный факт! Покажем, как влияет нагрев воды на давление в системе. Обозначим точку выхода горячей воды буквой «г», температуру воды обозначим t г, плотность воды, соответственно, ρ г (рис. 2). Горячая вода проходит по системе вверх, охлаждается и стекает вниз.

Обозначим точку охлаждения буквой «о», температуру и плотность воды, соответственно, t о и ρ о. Точка «о» расположена, разумеется, выше точки «г». Максимальное гидростатическое давление в стояке с горячей водой, согласно закону Паскаля, описанному ранее в (1), будет равно:p г = g(ρ г h 1 + ρ г h 2) + p атм, (2)где h 1 — высота столба жидкости до верхней магистрали; h 2 — высота столба жидкости от верхней магистрали до поверхности воды в расширительном баке; pатм — атмосферное давление, Па. Аналогично определяется давление в точке «о»:p о = g(ρ о h 1 + ρ о h 2) + p атм. (3)Поскольку плотность холодной воды больше, чем горячей, т.е. ρ о > ρ г, сравнение формул (2-3) показывает, что давление в холодном стояке будет больше, т.е. p о > pг. Это различие в значениях давления и вызывает циркуляцию воды в системе отопления. Естественным циркуляционным (гравитационным) давлением pе называется разница между давлением столба холодной и горячей воды. Вычитая (2) из (3), получим самую главную в этой статье формулу естественного циркуляционного давления, создающего движение в системе отопления:p е = p о - p г = gh 1 (ρ о - ρ г).В общем виде естественное циркуляционное давление в системе водяного отопления равняется: p е = gh(ρ о - ρ г), (4)где h — расстояние между центрами охлаждения и нагревания воды.

Под действием этого давления и происходит циркуляция воды в системе, при этом давление уравновешивается потерями давления на преодоления сил трения воды о стенки системы отопления.

Заметим характерную особенность данной системы отопления: гидростатическое давление в точке присоединения магистральной трубы к трубе расширительного бака всегда постоянно и равно ghρ г. А сама эта точка называется «точной постоянного давления» или «нейтральной точкой» рассматриваемой системы отопления.

Как видно, гидростатическое давление во всех остальных точках системы при циркуляции воды изменяется следующим образом: перед точкой охлаждения оно увеличивается, а после точки охлаждения — уменьшается. При циркуляции воды в замкнутом контуре гравитационной системы отопления гидростатическое давление изменяется во всех точках, за исключением одной точки присоединения в системе трубы расширительного бака.

Расчет естественного циркуляционного давления через плотности воды

В предыдущем разделе мы получили формулу (4) для расчета давления воды в системе отопления с естественной циркуляцией.

Но для более полного расчета циркуляционного давления необходимо учитывать радиаторы и подводящие трубы. Нагревание и охлаждение воды создает неоднородное распределение ее плотности. Постепенное охлаждение воды в подводящих трубах сменяется быстрым охлаждением в отопительных приборах (радиаторах). Общее давление будем рассчитывать как сумму двух величин: давления Δp р, образующегося вследствие охлаждения воды в радиаторах, и давления Δp тр, вызываемого охлаждением воды в трубах:Δp е = Δp р + Δp тр. (5).

В большинстве случаев первое слагаемое является основным по значению, а второе — дополнительным. В одноэтажных же зданиях основным является второе, т.е. давление, вызываемое охлаждением воды в трубах.

Для расчетов обычно используют среднюю величину температуры на однородном участке тепловой сети. Для этого вводится такое понятие как «центр охлаждения теплоносителя». Тогда можно предположить для расчетов, что система отопления состоит из участков с одинаковой температурой, и температура меняется не постепенно по трубе или в радиаторе, а скачкообразно. Изменение температуры происходит в центрах охлаждения. При этом гидростатическое давление также меняется скачком в этих центрах, а на остальных участках остается постоянным.

Используя такой подход, покажем, как рассчитать естественное давление для однотрубной системы отопления. Для примера рассмотрим трехэтажный дом. Аналогично можно рассчитать и систему на любое количество этажей. На рис. 3 показана схема вертикальной однотрубной системы водяного отопления с верхней разводкой для трехэтажного дома.

Получим значение циркуляционного давления с использованием метода условных центров нагревания и охлаждения воды в трубах. Сами центры находятся на разной высоте относительно плоскости отсчета.

Сначала напишем расчетную формулу для гидростатического давления p1 в главном стояке. Высоту стояка примем равной h 1 + h 2 + h 3 , не считая части стояка выше условного центра охлаждения верхнего прибора О 3 , где температура воды принята равной температуре воды в главном стояке. Тогда давление составит p 1 = gρ г (h 1 + h 2 + h 3), где ρ г — плотность горячей воды в системе.

Гидростатическое давление в рабочих стояках с учетом тех же высот при плотностях воды на этажах, соответственно, ρ o , ρ 1 и ρ 2 составит: p 2 = g(ρ о h 1 + ρ 1 h 2 + ρ 2 h 3). Естественное циркуляционное давление в вертикальной однотрубной системе с верхней разводкой, возникающее вследствие охлаждения воды в приборах, определяется как разность гидростатического давления в рабочих и главном стояках:

Δp = g.

Из уравнения видно, что для получения естественного давления следует вертикальное расстояние от центров охлаждения и нагревания до плоскости отсчета умножать на разности плотности воды после и до каждого центра, считая по направлению движения воды. Кстати, из этого же уравнения следует, что в системе отопления с верхней разводкой естественное циркуляционное давление Δp всегда больше, чем в системе с нижней разводкой, за счет увеличения вертикального расстояния от центра охлаждения в верхней магистрали до центра нагревания.

Таким образом, мы получили расчетную формулу для определения давления на основании известных высот этажей и известных средних плотностях воды на этажах. На практике удобнее вести расчеты не через плотность воды, а через значения температуры воды на этажах. Об этом следующий раздел.

Расчет естественного циркуляционного давления через значения температуры воды ****

Потребителю и проектировщику удобно оперировать значениями температур при расчетах давления. Для этого надо в уравнении (6) выразить плотности воды через температуру. На рис. 1 показан график зависимости плотности от температуры. Для расчетов вполне можно считать эту зависимость линейной с коэффициентом K [кг/(м2⋅°C)], представляющим собой, по сути, среднее уменьшение плотности при увеличении температуры воды на 1 °C:

Этот коэффициент нетрудно вычислить. Например, взяв температуры из наиболее широко используемого диапазона температур tг = 95 °C и tо = 70 °C, получим K ≈ 0,64 кг/(м2⋅°C).Тогда уравнение (6) будет выглядеть следующим образом:Δp = gК.

Итак, зная температуры воды на этажах и высоту этажей, можно рассчитать естественное циркуляционное давление в системе. Высоту проектировщик обычно знает. Расчету температур посвящен следующий раздел, поскольку температура зависит от расхода воды в системе отопления и тепловой мощности.

Расход воды в системе отопления

Расход воды, т.е. количество воды, протекающее через систему в единицу времени, напрямую связано с количество тепла, которое мы хотим получить. Как известно из законов теплопередачи , количество тепла Qm [Дж], которое отдает вода при охлаждении от tг до to составляет:Qm = cm(tг - to), (8)где m — масса воды, кг; с — удельная теплоемкость воды (4178 Дж/(кг⋅°C) ).

При проектировании системы отопления оперируют обычно мощностями [Вт], т.е. количеством тепла, отдаваемым в единицу времени: Поэтому разделив обе части уравнения (8) на время τ, получим соотношение:Q = cG(tг - to), (9)где G = m/τ — расход воды, кг/с; Q — тепловая мощность системы отопления, Вт; tг и to — температуры подающей горячей и обратной охлажденной воды в системе отопления, °C.

Отсюда: Реальный расход воды в стояке Gст при заданном теплопотреблении, температуре воды и типе отопительных приборов определяется по формуле, аналогичной предыдущей, но с введением коэффициентов:где Qст — тепловая нагрузка стояка, равная суммарной теплопотребности помещений; β1 — поправочный коэффициент, учитывающий теплоотдачу дополнительной площади, принимаемой при установке отопительных приборов за счет округления сверх расчетной площади теплопередачу через дополнительную площадь приборов, принятых к установке; β2 — поправочный коэф фициент, учитывающий дополнительные теплопотери вследствие размещения отопительных приборов у наружных ограждений.

Из полученного соотношения (10) видно, что расход воды в однотрубном стояке прямо пропорционален тепловой нагрузке стояка и обратно пропорционален расчетному перепаду температуры воды в стояке Δtст.

Пример расчета расхода воды

Допустим, мы распределили тепловую нагрузку отопительных приборов на трех этажах дома, включая коэффициенты β1 и β2 таким образом: Q1 = 1100 Вт, Q2 = 900 Вт, Q3 = 1400 Вт.

Зададим также температуру подающей горячей воды tг = 95 °C и обратной охлажденной воды tо = 70 °C, K = 0,64 кг/(м3⋅°C). Общая тепловая нагрузка Gст равна сумме нагрузок на всех этажах:Qст = 1100 + 900 + 1400 = 3400 Вт.Подставляя эту величину в формулу (10), получим Gст [кг/с]:

На практике удобно пользоваться единицами измерения расхода кг/ч.

Примечание: поскольку в часе 3600 секунд, для перевода в кг/ч полученную величину надо умножить на 3600. Таким образом, получаем расход воды, который ожидается в рассчитываемой системе отопления трехэтажного дома: Gст = 0,032 × 3600 ≈ 117 кг/ч.

Заметим, если температура охлажденной воды в системе будет ниже, то расход уменьшится. Эту ситуацию иллюстрирует табл. 2 и рис. 4. Например, при температуре охлажденной воды 50 °C расход снизится до 65 кг/ч. Для случая tо = 40 °C расход составит 53 кг/ч.

Аналогично можно проанализировать понижение температуры подающей линии, что вызывает увеличение расхода (табл. 3 и 4).

Температура воды на участках отопительной системы

Зная расход воды, можно теперь рассчитать и температуры на всех участках стояка. Начнем считать сверху. Для этого сначала воспользоваться формулой (9) для всего стояка и для верхнего этажа (в данном примере это третий этаж):Qст = cG(tг - to), (12)Q3 = cG(tг - t3). Разделим одно уравнение на другое:откуда после несложных преобразований получим: Аналогично рассчитывается температура следующего этажа: В общем виде температура воды на iм участке однотрубного стояка будет равна:где ∑Qi — суммарная тепловая нагрузка всех отопительных приборов на стояке до рассматриваемого участка, считая по направлению движения воды. Воспользовавшись формулой (12) и выражая разности температур (tг - tо) через тепловые нагрузки и расход воды в стояке получим: В общем виде:

Пример расчета температуры воды

Определим температуру воды на участках стояка для отопительной системы дома с теми же параметрами, что и в предыдущем примере для случая tг = 95 °C и tо = 50 °C. Расход воды в этом случае равен 65 кг/ч (табл. 2). Подставляя эти величины в расчетные формулы (13) и (14) получим значения температур [°C]:

Здесь введен множитель 3600 для пересчета расхода обратно из кг/ч в кг/с.

Температура воды в системе нижнего этажа принята равной температуре на входе в котел, т.е. t1 ≈ 50 °C.

Итак, мы получили все три значения температур воды на всех трех этажах.

Эти примеры показывают, как несложным способом с помощью простых арифметических действий можно рассчитать температуры участков для конкретного случая.

Расчет естественного циркуляционного давления

Зная значения температур, можно теперь рассчитать и естественное циркуляционное давление по формуле (7). Сразу поясним, что этот расчет мы ведем для того, чтобы убедится, что данное давление способно «продавить» воду в планируемой системе, т.е. преодолеть силу трения воды о стенки трубопровода. Приведем пример расчета.

Пример расчета циркуляционного давления

Определим естественное циркуляционное давление для случая tг = 95 °C и tо = 50 °C. По формуле (7), подставляя конкретные величины, а именно g = 9,8 м/с2, K = 0,64, t2 = 65 °C, t3 = 76,5 °C, получим:Δp = gK = 9,8 × 0,64 ×× ≈ 9,8 × 0,64 × (55,5 ++ 90 + 90) ≈ 1480 Па.

На практике температуру воды на входе в котле можно опустить до 40 °C, и в этом случае естественное давление будет выше. Аналогично считая расход и температуру на этажах, можно получить результаты для различных случаев (табл. 2). Читатель без труда и с интересом сам может проделать подобные расчеты для своей системы, чтобы узнать, какое же давление ожидается для конкретных входных величин, а именно, теплопотребления на всех этажах, высоты всех этажей и температуры на входе и выходе из котла. В нашем примере мы получили, что давление в системе за счет разницы в плотности горячей и холодной воды составляет чуть менее полутора тысяч паскаль. Возникает естественный вопрос: много это или мало? Хватит ли этого давления для того, чтобы прокачать воду в системе?

Размеры трубопровода-системы отопления

Все описанные ранее расчеты давления выполнялись для того, чтобы понять, сможет ли давление воды преодолеть силу трения воды о стенки труб. Поэтому при расчетах реальных систем учитывают силу трения воды о стенки трубопровода или, как это принято в строительных расчетах, потери давления в трубах. При этом используют такую характеристику как «среднее значение потери давления на единицу длины» Rед. Зная эти потери, можно выбрать диаметр труб, исходя из принятого расхода воды и среднего ориентировочного значения удельной линейной потери давления.

При гидравлическом расчете потери давления на участке Δpуч определяются по формуле Дарси-Вейсбаха, известной из курса гидравлики : где λ — коэффициент гидравлического трения; l и d — длина и диаметр трубы; ρ — плотность воды; v — средняя скорость течения жидкости.

Из формулы видно, что потери давления пропорциональны квадрату скорости потока v и обратно пропорциональны диаметру трубы d.

Строителями и проектировщиками составлены специальные таблицы удельных потерь для разных случаев . Для примера в табл. 4 приведены значения удельных линейных потерь давления для температур горячей воды в диапазоне 95-105 °C и холодной 70 °C.

Для расчета удельных потерь на трение удобно пользоваться также номограммами (рис. 5) . Исходя из расчетной величины расхода теплоносителя G и планируемого диаметра трубы можно определить расчетные потери на трение. Для этого надо найти на вертикальной оси значение G, выраженное в кг/м3, затем провести горизонтальную черту до линии, соответствующей диаметру трубы. От точки пересечения этой черты с линией надо провести вертикальную линию вниз до оси удельных потерь.

Пример выбора диаметра трубопровода

В рассматриваемом нами примере системы отопления трехэтажного дома для G = 65 кг/ч выберем трубопровод диаметром 20 мм и проанализируем, какие удельные потери давления на трения нас ожидают. Найдя на вертикальной оси число 65 (оно находится почти в самом низу, т.к. расход небольшой) и проведя горизонтальную черту до линии диаметра 20 мм, получим точку пересечения. От нее проводим вертикальную линию и видим, что потери составят около 3,8 Па/м. Это немного! Для естественного давления 1480 Па, которое мы получили ранее, находим, что длина труб может составить 1480/3,8 ≈ 389,5 м. Реально для такого здания общая длина труб составит около 200 м. То есть, в данном примере естественного давления с запасом хватит, чтобы сконструировать систему отопления на основе трубопроводов диаметра 20 мм. А вот труба 15 мм не подойдет: по номограмме можно увидеть, что потери давления составят около 12 Па/м, и максимальная длина трубопровода должна быть почти в два раза короче необходимой, а именно, 1480/12 ≈ 123 м.

Таким образом, в данной статье мы вместе с читателем проследили, как можно рассчитать систему отопления с естественной циркуляцией воды. Задав теплопотребление, высоту этажей, температуру на входе и выходе из котла, мы получили давление и оценили возможные размеры трубопроводов: входной диаметр и общую длину.

1. Методика расчета электрической мощности электрокотельных, используемый для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых домов и общественных зданий и сооружений Минтопэнерго РФ 14.11.1996.
2. Интернетпортал «Википедия».
3. Исаченко В.П. и др. Теплопередача: Учебник для ВУЗов. Изд. 3е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1975.
4. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление. Учебник для ВУЗов. - М.: Стройиздат, 1991.
5. Физическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1988.
6. Покотилов В.В. Пример гидравлического расчета горизонтальной однотрубной системы отопления с применением радиаторных узлов «ГЕРЦ3000» // Журнал «С.О.К.»

Циркуляцией воды называется движение воды по замкнутому контуру. В состав контура циркуляции, в общем случае, входят такие конструктивные элементы котлов, как барабаны, коллекторы, обогреваемые и необогреваемые трубы поверхностей нагрева. Вода может проходить по контуру многократно либо однократно, двигаясь через поверхности нагрева от входа к выходу.

В зависимости от причин, которые вызывают движение воды циркуляция подразделяется на естественную и принудительную.

Естественная циркуляция осуществляется в паровых котлах, так как движущий напор в контуре создается разностью плотностей воды и пара. При этом каждый кг воды может постепенно превращаться в пар, многократно проходя через контур, либо превращаться в пар за один проход через поверхность нагрева.

Принудительная циркуляция воды производится с помощью насоса. Она применяется в водогрейных котлах и водяных экономайзерах и является прямоточной.

При любом виде циркуляции и способах ее организации вода и пар, образующийся в контуре, должны надежно охлаждать металл, что необходимо для безаварийной работы котлов.

Естественная циркуляция воды в паровых котлах. Рассмотрим принцип действия естественной циркуляции на примере контура циркуляции бокового экрана топки (рис. 10).

Рис. 10. Схема простейшего контура естественной циркуляции:

1 - коллектор; 2 - опускная труба; 3 - верхний барабан; 4 - экранные (подъемные) трубы.

Питательная вода вводится в верхний барабан котла 3. Из него вода опускается по опускной трубе 2 и входит в коллектор 1. На этом участке контура теплота к воде не подводится (труба теплоизолирована шамотной стенкой) и температура воды остается ниже температуры насыщения при данном давлении пара в котле.

Из коллектора вода поступает в обогреваемые трубы экрана 4 и, поднимаясь по ним, нагревается до кипения, кипит и частично превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная смесь вводится в барабан, где разделяется на воду и пар. Пар покидает котел, а вода смешивается с питательной водой и вновь поступает в контур циркуляции.

Участок подъемных труб, где вода нагревается до кипения, называется экономайзерным, а содержащий пар - паросодержащим. Высота последнего в несколько раз превышает высоту экономайзерного участка.

На экономайзерном участке вода движется с постоянной скоростью, а на паросодержащем участке она постоянно возрастает, так как количество образующегося пара в подъемных трубах непрерывно увеличивается. Скорость, которую вода имеет на экономайзерном участке, называется скоростью циркуляции. По причине своего постоянства скорость циркуляции является одной их важных характеристик естественной циркуляции. Ее величина составляет, примерно, 0,5 - 1,5 м/с.

Наличие в контуре участков со средами, имеющие разные плотности, создает в контуре разность давлений или движущий напор циркуляции. Давление в опускных трубах создается столбом воды с плотностью r В, а в подъемных трубах - столбом воды и пароводяной смеси с плотностью r СМ . Поэтому более плотная среда вытесняет менее плотную и в контуре создается круговое движение воды. Величина движущего напора определяется зависимостью вида:

S ДВ = h ПАР (r В - r СМ) g Па, (7.1)

где h ПАР - высота паросодержащего участка подъемных труб; g - ускорение свободного падения.

Из выражения движущего напора следует, что для циркуляции недостаточно иметь среды с разной плотностью. Необходимо также, чтобы паросодержащие трубы располагались вертикально.

За один проход по контуру только часть воды превращается в пар. Поэтому для характеристики интенсивности испарения воды используется понятие кратности циркуляции:

k = М /Д, (7.2)

где М - расход воды через опускную трубу, кг/ч; Д - количество пара, образующегося в обогреваемых трубах, кг/ч.

Таким образом, кратность циркуляции показывает, сколько раз один кг воды должен пройти через контур, чтобы превратиться в пар. Для экранов k = 50 - 70, для конвективных пучков k = 100 - 200.

Величина, обратная кратности циркуляции, характеризует степень сухости влажного пара х = 1/k. Отсюда можно сделать вывод о том, что в экранах образуется пароводяная смесь, содержащая не более 0,02 или 2 % пара. Поэтому даже самые теплонапряженные поверхности нагрева котлов, которыми являются экраны, надежно смачиваются и охлаждаются водой.

В конвективных пучках все трубы обогреваются газами, температура которых при прохождении через пучок непрерывно снижается. Поэтому в кипятильных трубах по ходу движения газов паросодержание также уменьшается, а плотность пароводяной смеси возрастает. Наличие в трубах пучка пароводяной смеси с разной плотностью создает движущий напор, который движит воды по следующей схеме: из верхнего барабана вода поступает в задние трубы пучка и по ним поступает в нижний барабан котла; из барабана вода входит в остальные трубы пучка и вместе с паром поступает в верхний барабан.

Принудительная циркуляция. Принудительная циркуляция применяется в водогрейных котлах, а также в экономайзерах паровых котлов. Движение воды по трубам поверхностей нагрева производит насос. Вода входит в поверхности нагрева холодной, а покидает ее горячей, совершая в котле прямоточное движение. Кратность циркуляции воды равна единице.

Для создания прямоточного движения воды поверхности нагрева котлов изготавливаются в виде отдельных панелей, которые соединяются между собой последовательно или параллельно. Панель выполняется из одного ряда труб, концы которых замкнуты на нижний (распределительный) и верхний (собирающий) коллекторы. При этом трубы могут иметь как прямую (в основном), так и змеевиковую конфигурацию.

При параллельном подсоединении труб к коллекторам вода проходит по трубам неодинаковыми расходами, что обусловлено различиями в гидравлических сопротивлениях труб и неравномерным обогревом труб газами. Поэтому в отдельные трубы воды поступает меньше, чем это нужно для надежного охлаждения металла. Возможно даже вскипание воды в отдельных трубах, что еще в большей степени уменьшает поступление воды в такие трубы.

Движение воды в трубах может быть как подъемным, так и опускным. Однако во избежание вскипания воды ее скорость принимается не менее 0,5-1 м/с. По тем же причинам перепад давления воды в котлах не должен быть более 0,2 МПа.

Отопительные системы делятся на два основных типа: принудительные и естественные, которые в свою очередь имеют множество подвидов. Принцип работы таких систем практически одинаков, учитывая различие по транспортировке теплоносителя в самой отопительной системе. Системы отопления с естественной циркуляцией считаются более экономными, ведь их работа остаётся полностью независимой от электрической сети, чего нельзя сказать про принудительную систему отопления, для работы которой требуется электричество.

Естественная циркуляционная система работает по следующему принципу. Нагретый в нагревательном котле теплоноситель перемещается по отопительным трубам к приборам отопления, а после остывания транспортируется обратно к нагревательному котлу. Движение теплоносителя осуществляется по той причине, что нагретый и холодный теплоноситель имеет разную плотность, что приводит к образованию нужного давления в системе, которое и перемещает теплоноситель с меньшей плотностью к отопительным приборам.

Естественная циркуляция

Примерная схема системы

Основным вопросом системы естественной циркуляции является вопрос, который определяет силу движения теплоносителя к отопительным приборам и обратно в котёл. Сила движения нагретого теплоносителя появляется по той причине, что теплоноситель нагревается в тепловом генераторе, тогда, как в приборах отопления данный теплоноситель остывает и его выдавливает нагретый теплоноситель. Другими словами, теплоноситель, который нагрелся в тепловом генераторе до определённой температуры, имеет меньшую массу, чем теплоноситель в холодном состоянии.

Итак, нагретая до нужной температуры вода поднимается по определённому направлению в главном стояке и распределяется трубной разводкой по всем отопительным приборам, то есть радиаторам. Через некоторое время теплоноситель в радиаторах остывает, отдавая своё тепло металлу, что делает его отяжелевшим. По специально подведённым трубам обратного направления остывший теплоноситель транспортируется обратно к нагревательному котлу, где своей массой вытесняет горячую воду из теплового генератора.

Такой цикл движения теплоносителя в отопительной системе будет повторяться до того момента, пока нагревательный котёл будет работать, вследствие чего теплоноситель будет циркулировать по трубной магистрали. Системы отопления с естественной циркуляцией имеют разную силу давления, что приводит к разной интенсивности циркуляции и нагрева отопительных приборов. Сила движения теплоносителя в отопительной системе зависит от разных плотностей и весов холодного и горячего теплоносителя.

Из этого можно сделать вывод, что давление в отопительной системе и сила движения воды зависит от общей разницы горячего и холодного теплоносителя. Другими словами, чем больше эта разница, тем больше сила движения теплоносителя в системе отопления, циркуляция теплоносителя в которой осуществляется естественным путём. Кроме всего прочего, давление в системе отопления и сила движения нагретого теплоносителя зависит от того, на какой высоте располагается отопительный прибор относительно генератора тепловой энергии.

Как правило, теплоноситель в простой системе отопления водяного типа нагревается до 95 градусов, тогда, как остывший теплоноситель имеет температуру не выше 70 градусов. Из таких показателей можно определить общее давление в системе отопления и силу движения теплоносителя к верхним и нижним отопительным приборам. Для того, чтобы визуально представить себе распределение между верхними и нижними радиаторами в системе отопления необходимо нарисовать некое подобие схемы.

По центру обозначаем нагревательный котёл, от которого идёт разводка к верхним и нижним радиаторам, замыкающаяся напротив самого котла. Проведя линию между верхними и нижними нагревательными приборами (радиаторами), мы получим границу перепада температуры от 95 до 70 градусов. Далее рассмотрим отопительный процесс.

Схема системы

Отопительный котёл нагревает теплоноситель, в нашем случае воду, который из-за образовавшегося давления начинает своё движение от одного отопительного прибора к другому. Когда теплоноситель пересечёт проведённую нами линию и отправится в отопительные приборы нижнего этажа, его температура будет значительно ниже, а из последнего радиатора и вовсе выйдет теплоноситель с температурой всего в 70 градусов. При осуществлении движения теплоносителя от радиатора к радиатору не стоит забывать о том, что часть температуры отдаётся и самим трубам, вследствие чего температура теплоносителя постоянно снижается.

Из этого можно сделать смелый вывод, что нагревательные приборы, которые находятся выше линии разделения системы будут нагреваться больше, чем те, которые располагаются на нижнем этаже.

Всё это приводит к тому, что использование данной отопительной системы для двухэтажных домов неактуально, ведь первый этаж будет постоянно холоднее, чем второй. Кроме того, при использовании двухтрубной отопительной схемы, когда радиаторы будут располагаться ниже самого котла или на одном с ним уровне, добиться правильной циркуляции теплоносителя без использования вспомогательных механизмов практически невозможно.

По этим очевидным причинам расположение нагревательного котла должно быть таким, чтобы приборы отопления находились на уровень выше самого котла. Для этого нагревательные котлы располагают в небольшом углублении, а систему отопления немного поднимают под определённым углом, чтобы добиться должного давления и правильной естественной циркуляции теплоносителя. Таких явных недостатков лишены стандартные однотрубные схемы отопления.

Однотрубная отопительная система

Такая отопительная система имеет схожее устройство с двухтрубной отопительной схемой, только остывший теплоноситель перемещается по тем же трубам, по которым поступает в отопительные приборы. Работа такой системы состоит в том, что холодный теплоноситель выдавливается из радиаторов нагретой водой, что позволяет радиаторам получать одинаковую температуру по всей цепи. Охлаждение теплоносителя в однотрубных отопительных системах считается необходимым фактором, который создаёт давление в отопительной цепи, обеспечивая системе требуемую силу движения нагретого теплоносителя без вмешательства специального оборудования.

По той причине, что магистральные трубы такой отопительной системы осуществляют дополнительное отопление полезной площади жилого дома, их монтируют на стены, не замуровывая в поверхность стены или перегородки. Такой манёвр играет две роли: дополнительное отопление жилого пространства и ускоренное охлаждение теплоносителя в системе. Но не стоит забывать о том, что теплоноситель не должен охлаждаться в стояке подъёмного типа, ведь это может привести к сбою давления в отопительной системе и худшему прогреву всех отопительных приборов.

По этой причине стояк подъёмного типа подлежит качественной и надёжной тепловой изоляции. Тот уровень тепловой энергии, которая переходит от приборов отопления в обогреваемое помещение, зависит от того, сколько теплоносителя транспортируется по отопительным трубам, и какую температуру этот теплоноситель имеет. Количество теплоносителя в отопительной системе зависит не только от её общего объёма, но и от качества циркуляции теплоносителя в используемой системе отопления.

По этим показателям выбирается диаметр труб, которые будут транспортировать нагретый теплоноситель в приборы отопления. Чем качественнее выполняется циркуляция теплоносителя в отопительной системе, тем больше нагретого теплоносителя может поставляться в радиаторы по трубам, которые имеют меньший диаметр. Соответственно, если циркуляция теплоносителя в отопительной системе довольно слабая, то трубы должны быть на порядок больше, чтобы доставить в отопительный радиатор необходимое количество прогретого теплоносителя.

Не стоит забывать о том, что естественная система отопления должна иметь должное давление и движение теплоносителя в трубах, что позволит теплоносителю с нужной скоростью и силой движения преодолевать все возможные препятствия в отопительной схеме.

Движение воды в трубных магистралях встречает большое количество различных сопротивлений, к которым относится сила трения нагретого теплоносителя и внутренних стенок магистральных труб, а также наличие различных кранов и отводов, которые оказывают немалое сопротивление движению плотного или нагретого теплоносителя. Чем больше диаметр магистральной трубы, тем меньше скорость движения в ней теплоносителя, который встречает вдвое больше сопротивление от трения.

Соответственно, если диаметр магистральной трубы маленький, а её длина больше, то скорость перемещения теплоносителя в системе ускоряется в 4 раза, что ещё больше влияет на трение и оказанное воде сопротивление. На движение теплоносителя в отопительной системе естественного типа влияет и тип разводки отопительных труб и приборов.

Разводка верхнего типа

Радиаторы отопления

При использовании отопительной схемы с верхней разводкой нагретый теплоноситель транспортируется через стояк верхнего типа в главную трубную магистраль. Такая магистраль должна располагаться выше уровня расположения отопительных приборов, чаще всего это чердак. После того, как теплоноситель поднимется в верхнюю магистраль, он при помощи образовавшегося давления равномерно распределится по всем приборам отопления, что приведёт к равномерному прогреванию радиаторов в системе отопления.

Разводка нижнего типа

Отопительная система естественного типа с разводкой нижнего типа имеет следующее устройство. Главная магистраль такой системы отопления должна располагаться ниже уровня отопительных приборов, то есть под полом или в подвальном помещении, откуда будет организована специальная разводка на все приборы отопления. Основных отличий между отопительными системами с нижней и верхней разводкой нет, ведь в обеих системах прогретый теплоноситель поднимается по стояку благодаря своей меньшей массе и плотности.

Организация отопительной системы естественного типа становится актуальным только для небольших жилых домов, ведь выполнение такой системы в двухэтажном большом доме будет довольно дорогим. Скорость движения теплоносителя в трубах такой системы не должна быть большой, ведь циркуляция естественного типа не отличается высоким давлением. Это приводит к тому, что трубы должны быть максимально допустимого диаметра, что при устройстве относительно большой отопительной системы будет стоить довольно дорого.

Конструктивные особенности

Отопительные системы, независимо от того, естественные они или принудительные, делятся на следующие типы:

1. Система с верхней или нижней разводкой, которая отличается по способу и месту монтажа основной магистрали;
2. Однотрубные или двухтрубные отопительные системы, которые имеют отличия в способе монтажа радиаторов к распределяющим теплоноситель стоякам;
3. Отопительные системы с горизонтальными или вертикальными стояками, отличающимися способом монтажа и расположением главных стояков;
4. Отопительные системы тупикового или попутного типа, которые могут отличаться разностью способов прокладки и монтажа главной трубной магистрали.

Отличия однотрубной и двухтрубной отопительной системы

Подводка к котлу

Устройство однотрубной отопительной системы не предусматривает наличие стояков обратного типа, что позволяет охлаждённому теплоносителю возвращаться в нагревательный котёл по подающему главному стояку. По той причине, что в нижние отопительные радиаторы поступает не только нагретый теплоноситель, но и тот теплоноситель, который успел остыть в верхних отопительных радиаторах, общую поверхность нагрева радиаторов первого этажа необходимо увеличивать. Делается это при помощи добавления секций отопительным радиаторам первого этажа, что приводит к выравниванию температурного режима между верхними и нижними отопительными приборами.

Регулировка температурного режима в подобной отопительной системе осуществляется при контроле поступления нагретого теплоносителя в нагревательные приборы, что становится возможным благодаря наличию кранов на каждом отдельном радиаторе. Такое можно сделать только в той системе отопления однотрубного типа, в которой имеются отдельные стояки к каждому отопительному радиатору.

В том случае, когда таких стояков нет, а теплоноситель транспортируется от одного радиатора к другому, снизить количество теплоносителя в отдельном радиаторе невозможно, ведь в таком случае снизится общее количество теплоносителя и во всех остальных радиаторах в отопительной схеме. Из этого следует, что регулировать температуру воздуха в жилом помещении при использовании такой отопительной системы практически невозможно, что приводит к ощутимым неудобствам.

Для выполнения однотрубной отопительной системы с естественной циркуляцией теплоносителя в жилом доме должен находиться чердак или подвал. В противном случае невозможно будет выполнить верхнюю или нижнюю разводку отопительной системы, что приведёт к сбою давления в системе и плохой циркуляции теплоносителя. К положительным моментам системы отопления однотрубного типа можно отнести тот факт, что такая система довольно проста в монтаже и эксплуатации.

Кроме того, внешний вид однотрубной схемы отопления значительно лучше, что позволяет организовывать такую систему в открытом виде. Не стоит забывать и о том, что однотрубная отопительная система нуждается в меньшем количестве трубного материала, что приводит к значительному снижению стоимости организации отопительной системы. Минусом такой схемы отопления считается ограниченная возможность температуры нагрева тепловых радиаторов.

Чтобы регулировать температуру воздуха в жилом доме при использовании такой отопительной системы приходится оборудовать её специальными регулировочными котлами, которые имеют прямую зависимость от электрической сети. И если подключать котёл к электрической сети, то нет никакого смысла применять отопительную систему с естественной циркуляцией теплоносителя.

domnuzhen.ru

Циркуляция естественная - Справочник химика 21

    Удельный вес, удельный объем. Из таблицы IV видно относительно большое изменение удельного веса воды при различных температурах, что имеет большое значение для естественной циркуляции воды в системе отопления. Разность удельных весов определяется разностью температур нагретой и охлажденной воды она создает в системе циркуляции естественное движение. Скорость циркуляции прямо пропорциональна разности удельных весов циркулирующей воды.      Земная жизнь как нельзя лучше использует эти особенности воды. При сезонных изменениях температуры реки и озера не промерзают до дна. Верхний слой, охладившись до 4°С и достигнув максимальной плотности, опускается на дно водоема, принося кислород его оби-тате.лям и обеспечивая равномерное распределение питательных веществ. Поднявшиеся к поверхности более теплые слои уплотняются при соприкосновении с приповерхностным воздухом, охлаждаясь до 4°С, и в свою очередь опускаются. Такое перемешивание происходит до тех пор, пока циркуляция естественно не прекратится и водоем не покроется плавающим слоем льда. 

В зависимости от характера движения в выпарном аппарате упариваемых щелоков различают аппараты с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией. Естественная циркуляция упариваемых щелоков возникает в результате изменения удельного веса растворов в кипятильнике и испарительной (паровой) 

Схема экспериментальной установки и измерений показана на рис. IV.9. Установка работает по замкнутому контуру. Циркуляция естественная. Исследуемая жидкость кипит внутри экспериментальной трубки 1, образующаяся парожидкостная смесь поднимается в рабочую емкость 5, где происходит ее сепарация. Пар направляется в конденсатор 7 змеевикового типа, конденсат из которого возвращается в рабочую емкость. Уровень жидкости в ней контролируется при помощи уровнемерного стекла 6. Жидкий продукт из рабочей емкости поступает в калориметр 2 для замера расхода, после которого предварительно подогретый до необходимой температуры промежуточным электронагревателем 10 поступает в экспериментальный участок. Охлаждение конденсатора и жидко- 

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией. Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой циркуляционной трубы I и обогреваемых кипятильных труб 2 (рис. 4.3.2). Если жидкость в кипятильных трубах нагрета до кипения, то в результате испарения ее части в этой трубе образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности жидкости. Таким образом, масса столба жидкости в циркуляционной трубе будет больше, чем в кипятильных трубах, вследствие чего произойдет упорядоченная циркуляция кипяшей жидкости по пути кипятильные трубы - паровое 

Замораживание в морозильных камерах. При загрузке морозильных камер необходимо правильно размещать в них продукты и обеспечивать свободную циркуляцию (естественную или побудительную) воздуха. Для этого полутуши или четвертины мяса размещают на крюках кареток подвесных путей. Они не должны соприкасаться, так как помимо замедления процесса неизбежно их смерзание. 

В результате проведенного исследования установлено, что закономерности теплообмена при кипении в условиях ограниченного межреберного пространства имеют ряд существенных особенностей. Наиболее важной из них является отмеченное увеличение плотности теплового потока при переходном кипении с ростом скорости циркуляции. Существенный рост тепловых потоков позволяет надеяться, что рационально организованная циркуляция (естественная и вынужденная) жидкости в межреберпом зазоре позволит увеличить теплосъем с оребренной поверхности по сравнению с рассчитанным по кривой кипения, полученной в условиях большого объема. 

Подобное приспособление устроено, напр., в биполярных ваннах группы Toronto-Power. Для отдельных ячеек, не имеющих общей циркуляции, естественно можно применить тот же принцип, снабжая каждую ячейку поплавком и располагая трубопроводы для питающей воды, в которых должно быть только небольшое давление, вдоль всех ячеек, как, например, в установке Fauser. Для того, чтобы в закрытых ваннах на положение уровня не влияло газовое давление, поплавок должен находиться под тем же газовым давлением, какое имеется в ванне. Для этого поплавок может быть расположен внутри ванны, или газовое давление в последней должно поддержива-п>ся постоянным при помощи регулятора (см. выше). 

chem21.info

Естественная циркуляция - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Естественная циркуляция

Cтраница 3

Естественной циркуляцией называется движение теплоносителя по замкнутому контуру, состоящему из обогреваемых и необогреваемых труб и коллекторов.  

Если естественная циркуляция ненадежна и неустойчива, то применяют принудительную циркуляцию.  

Скорость естественной циркуляции может достигать критического значения, которое зависит от количества образующегося пара и от рабочего давления.  

При естественной циркуляции (см. рис. V-3, б) жидкость с нижней тарелки самотеком поступает в межтрубное пространство теплообменника, частично испаряется в нем и поступает в колонну под нижнюю тарелку. Теплоноситель (обычно водяной пар) проходит через трубки теплообменника. Циркуляция жидкости в системе обеспечивается разностью давлений между столбом горячей жидкости в трубопроводе, ведущем от колонны к теплообменнику, и столбом паро-жидкостной смеси в межтрубном пространстве теплообменника и трубопроводе, соединяющем теплообменник с колонной.  

Расчет естественной циркуляции в сложных контурах опирается на следующие основные положения: 1) полезные напоры параллельных контуров в сложной циркуляционной системе равны; 2) суммарный расход воды по всем параллельным контурам равен расходу по общей опускной системе.  

Расчет естественной циркуляции в контурах, подъемная часть которых находится в зоне обогрева газами с температурой eg 500 С, можно не производить.  

Контуры естественной циркуляции делятся на простые и сложные.  

Для естественной циркуляции наиболее целесообразным является элемент типа III. Однако и при этом, в случае обжига флотационного колчедана при Cg 42 %, высота слоя должна быть не менее 1 6 ж, а при СО ] 63 % следует или применять принудительную циркуляцию (с элементом типа II), или, в случае естественной циркуляции, снижать возможную (по концентрации кислорода) интенсивность печи почти в два раза, что приведет к соответствующему увеличению габаритов печи.  

При естественной циркуляции вода нагревается дымовыми газами в змеевиках трубчатой печи. Нагретая вода поднимается вверх (вследствие меньшей ее плотности) и поступает в змеевики теплообменного аппарата, где она охлаждается, а затем снова возвращается в змеевики трубчатой печи. Циркуляция происходит за счет разности плотностей горячей и охлажденной воды.  

Для естественной циркуляции требуются два условия: 1) достаточная высота уровня жидкости в опускной трубе, с тем чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси в кипятильных трубах и сообщить этой смеси достаточную скорость; 2) достаточная интенсивность парообразования в кипятильных трубах, чтобы парожидкостная смесь имела возможно малый удельный вес.  

www.ngpedia.ru

Естественная циркуляция - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Естественная циркуляция

Cтраница 4

При естественной циркуляции (рис. 6.4) теплоноситель циркулирует за счет разности его плотностей в нагретом (после нагревательной печи) и охлажденном (после теплообменника) виде. Нагретый в печи / теплоноситель за счет снижения плот-ности поднимается в теплообменник 2, где отдает теплоту. При этом плотность повышается и теплоноситель возвращается в печь для последующего нагревания.  

При естественной циркуляции контур образуется обогреваемой подъемной трубой 1 (фиг.  

Кроме естественной циркуляции, в экранных трубах возможна принудительная циркуляция от центробежных насосов, забирающих воду из водяного пространства котла или из питательной магистрали (фиг. Для бесперебойной работы экранов с принудительной циркуляцией устанавливают два насоса, из которых второй служит запасным на случай повреждения работающего насоса, и предусматривают продувочную линию для экрана.  

При естественной циркуляции поступающая в контур жидкость по мере прохождения по трубкам частично превращается в пар. Поэтому из контура выходит не чистая жидкость, а паро-жидкостная эмульсия.  

Для естественной циркуляции требуются два условия: 1) достаточная высота уровня жидкости в опускной трубе, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси в кипятильных трубах и сообщить этой смеси необходимую скорость; 2) достаточная интенсивность парообразования в кипятильных трубах, чтобы парожидкостная смесь имела возможно малую плотность.  

Улучшению естественной циркуляции содействует также и барботирование газа в расплаве. Так, например, в хлораторе, изображенном на рис. 1 - 8, хлор, подводимый по трубам 3 в фурмы, смешиваясь с расплавом, образует у внешних стенок двухфазный поток, характеризуемый малой плотностью и энергично устремляющийся вверх, тогда как у внутренней разделительной стенки (и по каналу внутри ее) создается нисходящий поток. Во всех случаях действие барботажа должно суммироваться с восходящим потоком в нагревающемся расплаве или растворе.  

При естественной циркуляции коэффициент теплопередачи при выпаривании растворов составляет около 1000, а коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору около 2000 - 3000 впг / м2 - град. С уменьшением диаметра трубок в пучке коэффициент теплоотдачи увеличивается и можно найти такие оптимальные условия, при которых принудительная циркуляция даст значительный эффект.  

При естественной циркуляции жидко г о теплоносителя в нагревательных рубашках, стаканах и колосниковых подогревателях коэффициент теплоотдачи ctj определяется по уравнениям для свободной конвекции в ограниченном пространстве.  

При естественной циркуляции снарядный режим движения практически маловероятен. Уже при 30 ата снарядный режим переходит в смешанный снарядно-пузырчатый.  

При естественной циркуляции движение воды через котел возникает под действием конвекционных токов и сетевого циркуляционного насоса системы.  

При естественной циркуляции минимальная высота котельной рекомендуется 3500 мм.  

Наличие естественной циркуляции и лучшая очистка поверхности трубок несколько улучшают условия теплопередачи в вертикальных испарителях.  

При естественной циркуляции контур образуется обогреваемой трубой 2, необогреваемой трубой 4 и двумя барабанами / и 3, к которым эти трубы присоединены.  

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru

естественная циркуляция - это... Что такое естественная циркуляция?

 естественная циркуляция

Англо-русский словарь технических терминов. 2005.

• естественная устойчивость
• естественная ширина линии

Смотреть что такое "естественная циркуляция" в других словарях:

Естественная циркуляция - циркуляция теплоносителя в контуре реактора или другого аппарата, обусловленная не работой насоса, а разницей температур «низа» и «верха». За счет естественной циркуляции обеспечивается расхолаживание ядерного реактора на АС при аварийной потере… … Термины атомной энергетики

естественная циркуляция - - [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN natural circulation … Справочник технического переводчика

Циркуляция - естественная циркуляция теплоносителя циркуляция теплоносителя в водо водяном кипящем реакторе, осуществляемая за счет разности масс столба воды в кольцевом зазоре между корзиной и корпусом реактора и столба пароводяной смеси в активной зоне.… … Термины атомной энергетики

ЦИРКУЛЯЦИЯ - (Circulation) 1. Движение газов и жидкостей по замкнутому контуру. Циркуляция. В зависимости от причин, ее вынуждающих, делится на Ц. естественную и Ц. принудительную. Ц. естественная является следствием различия в плотности (и температуры) в… … Морской словарь

естественная вентиляция - Перемещение воздуха и его замещение свежим воздухом под действием ветра и/или перепада температуры. [ГОСТ Р МЭК 60050 426 2006] вентиляция естественная Вентиляция, при которой воздух поступает в помещение и удаляется из него за счёт разности… … Справочник технического переводчика

Естественная тяга воздуха - в шахтах (a. natural draught; natural ventilation; н. naturlicher Luftzug; ф. tirage d air naturel; и. ventilacion natural de aire) движение воздуха в шахтных выработках под действием гл. обр. разл. его плотности (в меньшей степени… … Геологическая энциклопедия

Силовой трансформатор - ESE на 110кВ Силовой трансформатор стационарный прибор с двумя или более обмотками, который посредством электромагнитной индукции преобразует систему переменного напряжения и тока в другую систему … Википедия

силовой трансформатор - Трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии. Примечание. К силовым относятся трансформаторы трехфазные и… … Справочник технического переводчика

Авария на АЭС Три-Майл-Айленд - Президент Джимми Картер покидает АЭС Три Майл Айленд после личного визита 1 апреля 1979 года … Википедия

ХОЛОДИЛЬНИКИ - ХОЛОДИЛЬНИКИ, сооружения для охлаждения и хранения скоропортящихся продуктов. Холодильник состоит: а) из охлаждаемых помещений или камер, куда помещаются охлаждаемые продукты, б) машинного и аппаратного отделения, где вырабатывается холод. Для… … Большая медицинская энциклопедия

dic.academic.ru

Естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева

Естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева котла может быть обеспечена только при хорошем охлаждении стенки труб, расположенных в зоне высоких температур продуктов сгорания. Средой, охлаждающей испарительные поверхности нагрева, является вода или смесь ее с образовавшимся паром. Надежное охлаждение стенки труб поверхности нагрева может быть обеспечено только при правильной организации движения среды, охлаждающей трубы (вода, пароводяная эмульсия). Непрерывное движение среды, охлаждающей поверхность нагрева, называют циркуляцией.

Движение воды по испарительной поверхности нагрева может происходить под действием внешних источников энергии (например, насоса) или за счет естественной циркуляции в испарительных поверхностях нагрева. С момента появления паровых котлов охлаждение стенок труб поверхностей нагрева осуществляет естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева, наглядное представление о которой дает стеклянная модель, показанная на рис. 6-1. Модель состоит из двух трубок (ветвей), присоединенных к барабану, заполненному водой.

Если начать подводить тепло Q к левой ветви, то вода в ней начнет подниматься, а в правой опускаться. Такая естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева начнется потому, что плотность воды в левой ветви при ее нагреве будет меньше плотности холодной воды в правой ветви. По мере увеличения нагрева левой ветви скорость движения воды в ней начнет повышаться.

Если подвод теплоты к левой ветви будет непрерывно продолжаться, то через некоторое время в ней начнут появляться паровые пузырьки. Смесь воды с паровыми пузырьками называют пароводяной эмульсией или пароводяной смесью. Средняя плотность пароводяной эмульсии будет меньше плотности некипящей воды в правой ветви. Пузырьки пара, поднявшись в барабан, будут скапливаться в его верхней части.

Левая ветвь, по которой вода поднимается, называется подъемной, а правая - опускной. Система труб, по которым происходит циркуляция воды, называется циркуляционным контуром.

Если из барабана по трубе 1 отводится пар, то для поддержания постоянного уровня воды в барабан необходимо по трубе 2 подавать холодную воду в количестве, равном количеству воды, превратившейся в пар. Поступившая по трубе 2 в барабан вода смешивается с оставшейся и опускается по необогреваемой опускной ветви. Аналогично описанному происходит естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева в парогенераторе.

Движущая сила в циркуляционном контуре, возникшая вследствие разности плотностей, расходуется на создание скорости циркуляции и преодоление сопротивлений циркуляционного контура.

В обогреваемых трубах только часть воды превращается в пар. Следовательно, для превращения в нар всей воды, поступившей в обогреваемые трубы, она должна пройти по трубам много раз. Отношение массы воды, поступившей в испаритель­ный контур, к массе пара, выработанного контуром за то же время, называется кратностью циркуляции. Для котлов с естественной циркуляцией в зависимости от конструкции и параметров пара кратность циркуляции колеблется в пределах от 8 до 50. Большинство современых промышленных котлов имеет естественную циркуляцию и, как правило, несколько параллельно работающих циркуляционных контуров.

Расчет циркуляции базируется на двух уравнениях: уравнении неразрывности движения и уравнении энергии

где Мпод, Моп - массы жидкости, движущейся в подъемных и опускных трубах, кг/с; р - полное движущее давление циркуля­ции, Па; ∑∆р - полное гидравлическое сопротивление контура.

Полное движущее давление циркуляции зависит от разности плотности жидкости в опускных трубах и плотности пароводяной смеси в подъемных трубах, а также от высоты циркуляционного контура. При этом движущее давление возникает лишь в звеньях контура, по которым протекает пароводяная смесь.

Движущее давление определяется (в паскалях) по формуле

где роптр, рподтр - плотность жидкости в опускных трубах и плотность пароводяной смеси в подъемных трубах, кг/м3; Н - высота циркуляционного контура, м; g - ускорение силы тяжести, м/с2.

Полное гидравлическое сопротивление контура (в паскалях)

где ∆pоптр, ∆pподтр - потери на трение в опускных и подъемных трубах, Па; ∆pопм, ∆pподм-потери от местных сопротивлений в опускных и подъемных трубах, Па; ∆руск - потери давления на создание ускорения движения смеси в подъемных трубах, Па.

Полезным движущим давлением называют разность полного движущего давления циркуляции и суммы потерь давления на трение в подъемных трубах, уменьшенную па потери давления на создание ускорения смеси в них. Это означает, что полезное движущее давление затрачивается па преодоление потерь давления от трения в опускных трубах н потерь давления от местных сопротивлений во всем контуре (в опускных и подъемных трубах). Полезное движущее давление, требуемое для создания надежной циркуляции, должно быть тем больше, чем выше скорость воды в контуре и давление в парогенераторе, а также чем сложнее конструктивное исполнение контура. С учетом сказанного полезное движущее давление (в паскалях)

Расчеты циркуляции котлов производятся в соответствии с нормами, разработанными ЦКТИ и ВТИ. Циркуляция воды в котле не влияет на его экономичность, но определяет надежность работы поверхностей нагрева.