Естественное циркуляционное давление, возникающее вследствие охлаждения воды в отопительных приборах

При определении значения естественного циркуляционного давления, вызываемого охлаждением воды в отопительных приборах ( Па), причем, что вода охлаждается при теплопередаче только через стенки отопительных приборов, а трубопроводы подающей и обратной магистралей проложены горизонтально.

Рассмотрим схему вертикальной двухтрубной гравитационной системы отопления (рис. 1). В схеме рассматриваемой системы можно выделить два циркуляционных кольца: кольцо через отопительный прибор, расположенном наиболее низко над котлом (прибор первого этажа) и кольцо через прибор второго этажа. Кольцом циркуляции вообще называется критический путь движения теплоносителя от водонагревателя (котла) через рассматриваемый отопительный прибор (для двухтрубной системы) или стояк (для однотрубных вертикальных систем) или ветвь (для однотрубных горизонтальных систем).

Определение естественного циркуляционного давления произведем для циркуляционного кольца через отопительный прибор, расположенный наиболее низко над котлом. Введем обозначения некоторых вертикальных расстояний, температур и плотностей воды на соответствующих участках трубопроводов (рис. 11.2).

Рис. 11.2.

Через середину обратной магистрали проведем плоскость А-А и в ней сечение 1-1. Естественное циркуляционное давление определим как разность гидростатических давлений двух столбов воды одинаковой высоты справа и слева от сечения 1-1.

(11.4)

После приведения подобных членов получим

(11.5)

Сгруппируем слагаемые в выражении (11.5) по признаку одинаковых высот и получим следующее выражение

(11.6)

В выражении (11.6) приведем подобные члены и получим

(11.7)

В выражении (11.7) вынесем за скобку в первом и третьем слагаемых

(11.8)

В выражении (11.8) вынесем за скобку сомножитель , получим

(11.9)

Обозначим сомножитель и покажем это вертикальное расстояние рис. 1. С учетом принятого обозначения формула (11.9) примет вид

(11.10)

Таким образом, естественное циркуляционное давление от охлаждения воды в отопительных приборах равно произведению ускорения свободного падения на разность плотностей воды при температурах в обратной и горячей магистралях на вертикальное расстояние от середины водонагревателя (котла) до середины рассматриваемого отопительного прибора.

Формула (11.10) справедлива для всех двухтрубных и горизонтальных однотрубных систем отопления.

Рассмотрим из выражения (11.5) слагаемое , которое можно преобразовать следующим образом

. (11.11)

Из рассмотрения выражения (11.11) следует, что результат расчета не измениться, если считать, что остывание воды в отопительном приборе от температуры до температуры происходит не постепенно, а мгновенно по границе, проходящей через середину отопительного прибора.

Условную границу мгновенного изменения температуры воды со значения, с которым она входит в отопительный прибор на значение, с которым она выходит из отопительного прибора в отоплении принято называть «центром охлаждения».

Рассмотрев из выражения (11.5) слагаемое и преобразив его соответствующим образом, рассуждая аналогично можно ввести понятие «центра нагрева». Итак, условную границу мгновенного изменения температуры воды со значения, с которым она входит в водонагреватель на значение, с которым она выходит из водонагревателя в отоплении принято называть «центром нагрева».