Принцип действия и устройство системы водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя

Принципиальная схема системы водяного отопле­ния с естественной циркуляцией теплоносителя показана на рис. 1.1

. Вода от котла к приборам теп­лообменника и обратно двигается под действием гидростатического напора, возникающего благодаря различной плотности охлажденной и нагретой жид­кости (теплоносителя). Выбираем тут теплоносители используемые в системах отопления загородного дома.

Какая же сила заставляет воду циркулировать в системе, т.е. двигаться по трубам из котла в нагре­вательные приборы и обратно в котел? Эта сила воз­никает при нагревании воды в котле и охлаждении ее в нагревательных приборах. Вода, нагретая в кот­ле 1, как более легкая, поднимается по главному по­дающему стояку 2 вверх. Из стояка она поступает в разводящие магистральные трубопроводы 3, а из них через подающие стояки 4 - в нагревательные прибо­ры. Здесь вода остывает и поэтому становится более тяжелой. Например плотность воды при 400С состав­ляет 992,24 кг/м3, при 70 °С - 977,8 кг/м3, при 95°С -961,9 кг/м3. Охлажденная вода через обратные сто­яки 5 и обратную линию 6 опускается вниз и своим весом вытесняет нагретую воду из котла вверх - в главный подающий стояк.

Описанный процесс непрерывно повторяется и в результате происходит постоянная циркуляция воды в системе.

Сила циркуляции, или, как принято гово­рить, циркуляционное давление, зависит от разности весов столба горячей и столба охлажденной (обрат­ной) воды, следовательно, она зависит от разности температур горячей и обратной воды. Кроме того, циркуляционное давление обуславливается ещё высотой расположения нагревательного прибора над котлом: чем выше расположен прибор, тем больше для него циркуляционное давление.

Это можно доказать следующим образом.

В системах водяного отопления наибольшая темпе­ратура горячей воды обычно равна 95°С, а охлажден­ной - 70°С. Если пренебречь охлаждением воды в трубах, то можно считать, что в нагревательный при­бор вода поступает с температурой 95°С, а уходит из него с температурой 70°С. При этом условии опреде­лим сначала для верхнего, а затем для нижнего на­гревательного прибора циркуляционное давление, под влиянием которого происходит через них движение воды.

Проведем на рис. 1.1а пунктирные горизонтальные линии через центры нагревательных приборов и котла. Допустим, что эти линии являются границей между водой с температурой 95°С и водой с температу­рой 70°C. Очевидно, что на участке ВГДЛЕ температура воды будет одинакова и равна 95°С, следовательно, здесь не может возникнуть сила, которая заставила бы воду циркулировать. Одинакова и равна 70°С; температура на участке АКИЗ, поэтому и тут не мо­жет быть создана необходимая сила. Остается раcсмотреть остальные два участка - АВ и ЕЗ. На учас­тке АВ температура воды равна 95°С, а на участке ЕЗ она составляет 70°С. При таком соотношении температур налицо необходимое условие для возникновения циркуляционного давления - вследствие разности весов воды на участке ЕЗ и АВ и создается; циркуляция в кольце АБВГДЛЕЖЗИК. Сказанное относится к верхнему нагревательному прибору.

Для прибора, расположенного в нижнем этаже и включенного в кольцо АБВГДЛМЖЗИК, циркуляционное давление будет создаваться разностью весов столба воды ЖЗ и столба АБ, так как на участке БГДМЖ температура одинакова и равна 95°С, а на участке АЕИЗ температура тоже одинакова и равна 70°С. Но высота столбов воды АВ и ЕЗ соответствен­но больше высоты столбов воды АБ и ЖЗ. Следовательно, и разница в весе столбов АВ и ЕЗ будет боль­ше разницы в весе столбов АБ и ЖЗ, отсюда цирку­ляционное давление для прибора второго этажа боль­ше, чем для прибора первого этажа.