Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. Пырков В.В. , 2005. Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика
 Скачать 10.16 Mb.
|
|
Пырков В.В. к 60 летию первого терморегулятора ´Такі справиª Киев ó 2005 ООО с ИИ ´Данфосс ТОВª ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ББК 38.762.1+38.762.3 УДК 628.81+628.82 П 94 Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. — К.: II ДП «Такі справи», 2005. — 304 с. — ил. ISBN 966 7208 29 X Рассмотрены идеальные и рабочие расходные характеристики клапанов различного конструктивного исполнения. Разработаны методики подбора регулирующих клапанов с учетом их авторитетов. Оценено влияние дросселя и замыкающего участка узла обвязки теплообменного прибора на потокораспределение терморегулятором. Проанализировано влияние теплообменных приборов, трубопроводов, насосов на работу терморегуляторов, клапанов ручного и автоматического регулирования. Приведены общие сведения о современных системах водяного отопления и кондиционирования. Даны основные аспекты конструирования систем, их балансировки и экономическая оценка средств автоматизации. Предназначена для проектировщиков, эксплуатационников, научных работников и студентов. Автор: Пырков Виктор Васильевич, канд. техн. наук, советник по научно техническим вопросам ООО с ИИ "Данфосс ТОВ". МЫ К ВАШИМ УСЛУГАМ: Необходима помощь? Если у Вас есть вопросы, проблемы или замеча ния по книге, можете обращаться непосредственно к Пыркову В. В. (е mail: pirkov@danfoss.com), относительно оборудования и его приме нения — в компанию ДАНФОСС WWW: www.hydronicbalancing.com «ДАНФОСС ТОВ» Украина 04080, Киев 80, ул. Викентия Хвойки, 11 (Переписка: Украина 04080, Киев 80, п/я 168). Тел.: (+38044) 461 87 00. Факс: (+38044) 461 87 07 E mail: pirkov@danfoss.com WWW: www.danfoss.ua © ООО с ИИ «Данфосс ТОВ», 2005 © II ДП «Такі справи», подготовка издания, 2005 СОДЕРЖАНИЕ Вступление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Opinion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Рецензия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Условные буквенно цифровые обозначения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Условные графические обозначения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Основные термины и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1. Тепловой комфорт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. Тепло и холодоноситель. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3. Гидравлические потери . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.2. Пропускная способность клапана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.3. Внешний авторитет клапана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.4. Расходная характеристика клапана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.4.1. Линейная рабочая расходная характеристика клапана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.4.2. Равнопроцентная рабочая расходная характеристика клапана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.4.3. Параболическая рабочая расходная характеристика клапана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.4.4. Логарифмическо линейная рабочая расходная характеристика клапана . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.4.5. Линейно линейная рабочая расходная характеристика клапана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.4.6. Рабочие расходные характеристики трехходовых клапанов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 3.4.7. Взаимовлияние регулирующих клапанов . . . . . . . . . . . 80 3.5. Отключающие клапаны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4. Терморегуляторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.1. Конструкции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.1.1. Регуляторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.1.2. Термостатические клапаны. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 4.2. Характеристики терморегуляторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.2.1. Механические характеристики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 4.2.2. Рабочие характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 4.2.3. Технические параметры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 4.2.4. Авторитеты терморегулятора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 4.2.4.1. Внешний авторитет терморегулятора . . . . 114 4.2.4.2. Внутренний авторитет терморегулятора. . . 120 4.2.4.3. Общий авторитет терморегулятора. . . . . . . 124 3 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Перепечатка и копирование без согласия ООО с ИИ «Данфосс ТОВ» ЗАПРЕЩЕНЫ! Защищено авторским правом. Использование приведенной информации без ссылок ЗАПРЕЩЕНО! ВСТУПЛЕНИЕ Закончился ХХ век, принесший много полезных технических реше ний, которые призваны служить человеку в отдельности и планете в це лом. Этот век показал, что природные ресурсы не безграничны и наше будущее зависит от сегодняшнего отношения к их использованию. Наиболее энергоемкий сектор большинства государств занимают системы обеспечения комфортной жизнедеятельности человека. Но вым этапом совершенствования таких систем послужило изобретение компанией Данфосс 60 лет тому назад первого в мире терморегулятора. Много воды с тех пор утекло, и он стал неотъемлемой частью систем отопления и охлаждения. Современный терморегулятор позволяет соз дать комфортные условия для труда и отдыха человека, в значительной мере снизить потребление энергоресурсов и уменьшить техногенное воздействие на окружающую среду. Терморегулятор превратил систему обеспечения микроклимата по мещения в действенный технический комплекс адекватной реакции на любые внутренние и внешние воздействия, поэтому повысились требо вания к проектированию таких систем. Одной из основных задач стало создание условий их эффективной работы в стационарном и перемен ном эксплуатационных режимах. Данный подход заставляет рассматри вать систему в комплексе и взаимосвязи с ее окружением, проводить системный анализ. По заключению Мировой энергетической комиссии "современные здания обладают огромными резервами повышения их тепловой эффективности, но исследователи недостаточно изучили особенности теплового режима, а проектировщики не научились оптимизировать теплоту и массу ограждающих конструкций". Такое состояние во мно гих случаях является следствием развития познания в прошлом веке по пути проб и ошибок. Приблизиться к истине, эффективному результату мог лишь опытный исследователь. Полученные высокие результаты по достоинству оценены современниками, однако остались практически невостребованными прямые математические методы оптимизации сложных энергетических систем, каковыми являются системы отопле ния и кондиционирования. Вариационные методы, методы линейного и динамического программирования, системный анализ — огромный по тенциал, который в ближайшем будущем предстоит применять нашим специалистам при проектировании систем обеспечения микроклимата. Указанные подходы не усложняют проектирование систем, а делают его творческим и вдумчивым, поэтому мы сознательно затрагиваем вза имосвязь гидравлических и тепловых процессов. Стараемся представить 5 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 4.2.4.4. Влияние настройки дросселя на авторитеты терморегулятора . . . . . . . . . . 128 4.2.4.5. Влияние замыкающего участка на авторитеты терморегулятора . . . . . . . . . . 138 4.3. Электроприводы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 5. Автоматические регуляторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 5.1. Перепускные клапаны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 5.2. Автоматические регуляторы перепада давления . . . . . . . . . . 151 5.3. Автоматические регуляторы расхода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 5.4. Стабилизаторы расхода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 6. Теплообменные приборы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 6.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 6.2. Регулирование теплового потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 6.3. Авторитет теплоты помещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 7. Трубопроводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 8. Насосы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 8.1. Шумообразование системы обеспечения микроклимата. . . 193 8.2. Преобразователи частоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 8.3. Циркуляционное давление насоса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 8.4. Выбор насоса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 9. Системы обеспечения микроклимата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 9.1. Гидравлический режим . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 9.2. Конструирование систем водяного охлаждения . . . . . . . . . . . 210 9.3. Конструирование систем водяного отопления . . . . . . . . . . . . 219 9.3.1. Разводка трубопроводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 9.3.2. Присоединение приборных веток и стояков . . . . . . 226 9.3.3. Присоединение отопительных приборов . . . . . . . . . 236 9.4. Гидравлическая устойчивость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 10. Гидравлическая балансировка систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 10.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 10.2. Метод температурного перепада. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 10.3. Метод предварительной настройки клапанов. . . . . . . . . . . . . . 260 10.4. Пропорциональный метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 10.5. Компенсационный метод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 10.6. Компьютерный метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 11. Автоматическая балансировка систем комбинированными клапанами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 12. Энергосбережение автоматизированных систем обеспечения микроклимата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 Сборник выводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 4 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА национальной компании Данфосс за предоставленную возможность внести свой посильный вклад в мировую копилку знаний, за оказание активной помощи в написании книги, ее переводе на иностранные язы ки, подготовке к изданию, в проведении лабораторных тестов для под тверждения предлагаемой теории. Огромная благодарность коллегам за внимание и проявленную заботу, а также доброжелательное отношение к автору и создание благоприятных условий для творческой работы. Особая признательность за вовлечение мировой научной обще ственности в обсуждение книги, ее кропотливое рецензирование и по лучение бесценных советов по ее улучшению. Автор понимает, что дан ная книга противоречит существующим стереотипам в практике расче та систем обеспечения микроклимата. Во всяком случае, она позволяет еще раз переосмыслить традиционные методы расчета и развить позна ние. Автор всегда готов дать дополнительные разъяснения по предлага емой теории и не исключает иных подходов к решению рассматривае мых задач. Всегда готов к научной дискуссии, восприятию аргументи рованных замечаний, совместному поиску истины. Со всеми замеча ниями и предложениями касательно книги просьба обращаться к авто ру. Все запросы относительно продукции Данфосс следует направлять данной фирме. 7 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА целостную картину работы систем для эффективного использования их потенциала. Пытаемся объединить научный и практический опыт, по лученный в разных странах. Безусловно, данная работа не всеобъемлю ща, не является ответом на многогранные вопросы проектирования, монтажа и эксплуатации. Эта книга — лишь результат наших скромных усилий, предпринимаемых в данном направлении. Мы надеемся, что она поможет Вам, с учетом собственного опыта, сделать правильные выводы и воплотить их в повседневной практике. Данная книга является продолжением научно практических изы сканий автора, начатых в предыдущем издании "Особенности совре менных систем отопления" [1]. В ней обстоятельно рассмотрены гид равлические процессы, происходящие при регулировании систем обес печения микроклимата. Выявлены взаимосвязи, уточняющие гидрав лические характеристики регулирующих клапанов в зависимости от конкретных условий циркуляционных колец системы водяного отопле ния, либо водяного охлаждения. В книге рассмотрены широко используемые понятия "внутреннего авторитета", "внешнего авторитета" и "общего авторитета" терморегуля торов и балансировочных клапанов. Однако они оказались недостаточ ными для выяснения в полной мере причин искажения расходных ха рактеристик этого оборудования и целостного восприятия происходя щих гидравлических процессов, поэтому впервые применено понятие "базового авторитета", позволившее определить степень искажения идеальной расходной характеристики клапана в зависимости от его конструктивных особенностей. Затем показано дальнейшее искажение этой характеристики под влиянием "внешнего авторитета". Детальное изучение гидравлических процессов в системах обеспе чения микроклимата позволило выявить неоспоримые преимущества автоматических регуляторов перепада давления и регуляторов расхода. Кроме вносимого улучшения работоспособности системы, применение этого оборудования во многом устраняет неточности расчетов и монта жа, упрощает процесс ее наладки. Все полученные уравнения сопровождаются примерами, позволяю щими получить навыки в проектировании и наладке систем обеспече ния микроклимата. Они целиком составлены с использованием обору дования Данфосс. В то же время, для практического применения следу ет использовать последние версии технического описания данного обо рудования, поскольку происходит постоянное совершенствование по мере развития научных знаний и применения новых технологий. Данная книга сегодня издается на иностранных языках и распростра няется во многих странах. Автор признателен всем коллегам мульти 6 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА РЕЦЕНЗИЯ Автор книги является советником по научно техническим вопросам украинского отделения фирмы Danfoss, и его труд органично вписывает ся в круг многочисленных изданий, призванных популяризировать тех нику, созданную в лабораториях и цехах этой известной компании, внес шей весомый вклад в развитие автоматических систем, используемых во всем мире. Поэтому нет ничего удивительного в том, что, несмотря на обобщающий характер названия книги, претендующего на всеобъемлю щее исследование, читатель найдет в ней описания только тех приборов, которые изготавливаются фирмой Danfoss. Вместе с тем, в книге есть изюминка, которая отличает ее от многих изданий такого рода. Автор решился на теоретические изыски, которых обычно избегают составители всякого рода пособий и рекомендаций, направленных просто на разъяснение особенностей техники Danfoss с целью более широкого или вполне осознанного ее применения. Главный теоретический вклад автора состоит в том, что в дополне ние к трем уже известным понятиям, использующим слово "авторитет" применительно к регулирующему клапану (внутренний, внешний и общий авторитеты), введены еще два авторитета, — базовый и полный внешний. Это интересно. Это интересно, потому что свежая идея, только что рожденная разу мом соотечественника и современника, дает повод для живой плодо творной дискуссии, даже если эта идея, в конце концов, никогда не овла деет массами проектировщиков. Не так уж часто в наше время рождают ся новые теоретические идеи. Между тем, идея проста и, казалось бы, лежит на поверхности. Десятки исследователей во многих странах, создавая регулирующие клапаны, конструировали с высокой точностью профили регулирую щих органов, способных обеспечить нужную расходную характерис тику. В то же время в корпусе самого регулирующего клапана вода проходит не только через эти искусно сделанные профили, но и через лабиринты подводящих и отводящих каналов, гидравлическое сопро тивление которых так или иначе искажает желанную расходную характеристику. В отличие от фундаментальных наук, где хороша всякая разумная идея, наука прикладная, которой мы служим, непременно требует того, чтобы идея служила практическим целям. Автор приложил немало уси лий для того, чтобы заставить "базовый авторитет" работать на практи ку. К сожалению, не все эти усилия привели к вполне убедительным OPINION The reviewed manuscript is valuable resource for all student and practis ing engineers who are studying or working with central heating or air cooling problems. The book provides essential information for students, designers and researches interested in application of valves theory to the practice. It will be particularly valuable for those on undergraduate or postgraduate courses studying environmental and civil engineering. The book has a con temporary approach to demonstrating solutions to practical design and oper ating problems. The most important information and conclusions presented in the book are shortly repeated at the end of chapters. Such brief recapitulation helps student to acquire the knowledge. A correct application of the most important equations is illustrated by several instructive examples of solving some selected typical engineering problems. This offer student opportunities for the further correct and cre ative application of the principles learned early in the text. A significant feature of the book is usage of the Danfoss products as an illustrative material. This reflects the particular professional preferences (interest) of the Author. Examples based on the Danfoss products are instructive and deserve attention. This facilitate student better understanding of the particular prin ciples and make easier application of the principles in practical design. Such illustrative material confining to one manufacturer products only may be treated differently (negatively or positively). Nevertheless, the student should have no any difficulty in adopting the methods and information that are described in the book to any other manufacturer products having similar application areas. The book can be appreciate as valuable resource of useful information for all students and practising engineers. Prof. dr hab. inz. Edward SZCZECHOWIAK Full Prof. of PUT Dr hab. inz. Janusz WOJTKOWIAK Associate Prof. of PUT Division of Heating Air Conditioning & Air Protection Institute of Environmental Engineering Poznan University of Technology (PUT) Poznan, 23. June 2004 8 9 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА результатам. Недостаточно внимания уделено автором и эксплуатацион ным проблемам регулирования. Молодым украинским ученым написана книга, в которой предпри нята смелая попытка развития теории регулирования систем отопления и охлаждения. Но для того, чтобы эта попытка стала результативной, а теоретические изыскания автора были признаны, ему предстоит еще немало поработать. Руководитель Центра энергосбережения КиевЗНИИЭП, канд. техн. наук В.Ф. Гершкович 10 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 11 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА |