Номинальное давление в системе отопления: виды давления в отопительной системе, почему скачет давление в сети, как контролировать и регулировать давление

1. Зачем давление в системе
2. Виды рабочего давления в отопительной конструкции
3. Показатели нормального давления
4. Испытательное давление
5. Проверка герметичности системы отопления

Теплоснабжающая конструкция большого многоэтажного дома представляет собой сложный механизм, способный эффективно функционировать при условии соблюдения множества параметров элементов, входящих в него. Одним из них считается рабочее давление в системе отопления. От этого значения зависит не только качество передаваемого воздуху тепла, но также надежное и безопасное функционирование обогревательного оборудования. 

Давление в системе теплоснабжения многоэтажных зданий должно отвечать определенным требованиям и нормам, установленным и прописанным в СНиПах. При наличии отклонений от требуемых значений возможно возникновение серьезных проблем, вплоть до невозможности эксплуатировать отопительную систему. 

Зачем давление в системе

Виды рабочего давления в отопительной конструкции

1. Статическое давление системы отопления является показателем того, с каким усилием объем жидкости в зависимости от высоты воздействует на трубопроводы и радиаторы. При этом при проведении расчетов уровень напора на поверхности жидкости равен нулю.
2. Динамическое давление возникает в процессе движения жидкого теплоносителя по трубам. Оно воздействует на трубопровод и радиаторы изнутри.
3. Допустимое (максимальное) рабочее давление в системе отопления – это параметр нормального и безаварийного функционирования теплоснабжающей конструкции. 

Показатели нормального давления

Выбирая трубы и радиаторы для замены их в квартире, расположенной в многоэтажном доме, следует учитывать начальные показатели. Иначе отопительное оборудование будет работать нестабильно и даже возможно полное разрушение схемы теплоснабжения, которая стоит немалых денег. 

Как правило, достичь необходимых параметров по ГОСТу невозможно, поскольку на рабочие показатели оказывается влияние со стороны разных факторов:

1. Мощность оборудования, необходимого для подачи теплоносителя. Параметры давления в отопительной системе многоэтажки определяются на теплопунктах, где происходит нагрев теплоносителя для подачи через трубы в радиаторы.
2. Состояние оборудования. И на динамическое, и на статическое давление в теплоснабжающей конструкции непосредственно влияет уровень износа элементов котельной таких, как генераторы теплоты и насосов. Немаловажное значение имеет расстояние от дома до теплопункта.
3. Диаметр трубопроводов в квартире. Если при проведении ремонта своими руками владельцы квартиры установили трубы большего диаметра, чем на входном трубопроводе, то произойдет снижение параметров давления.
4. Расположение отдельной квартиры в многоэтажке. Безусловно, необходимое значение напора определяют, согласно нормам и требованиям, но на практике немало зависит от того, на каком этаже находится квартира и ее расстояние от общего стояка. Даже когда жилые комнаты располагаются недалеко от стояка, натиск теплоносителя в угловых помещениях всегда ниже, поскольку там часто имеется крайняя точка трубопроводов.
5. Степень износа труб и батарей. Когда элементы отопительной системы, расположенные в квартире, прослужили не один десяток лет, то некоторого снижения параметров оборудования и производительности не избежать. Когда имеют место подобные проблемы, желательно изначально произвести замену изношенных труб и радиаторов и тогда удастся избежать аварийных ситуаций. 

Испытательное давление

Используют давление при испытании системы отопления для того, чтобы протестировать работоспособность всех элементов теплоснабжающей конструкции в экстремальных условиях и выяснить, насколько эффективно будет передаваться тепло от котельной в многоэтажный дом. 

Проверка герметичности системы отопления

Проверку герметичности осуществляют в два этапа:

• испытание с использованием холодной воды. Трубопроводы и батареи в многоэтажном здании наполняют теплоносителем, не нагревая его, и замеряют показатели давления. При этом его значение в течение первых 30 минут не может составить менее стандартных 0,06 МПа. Через 2 часа потери не могут быть более 0,02 МПа. При отсутствии порывов отопительная система многоэтажки дальше будет функционировать без проблем;
• испытание с применением горячего теплоносителя. Отопительную систему тестируют до начала отопительного периода. Воду подают под определенным сдавливанием, его значение должно быть наиболее высоким для оборудования. 

Тестирование проводят перед началом запуска отопительного оборудования, иначе цена ошибки бывает слишком дорогостоящей, а, как известно, аварию устранить при минусовых температурах довольно сложно. 

Как правило, напор в трубопроводах отечественных многоэтажных зданий не превышает предельные нормы, но все же установка индивидуального манометра не будет лишней.

Давление в системе отопления — рабочее, статическое теплоносителя в трубах

Для правильного функционирования отопительной системы крайне важно поддерживать необходимое давление в системе отопления. В случае если этот параметр изменяется в какую-либо сторону, возможны значительные сбои в работе, в зависимости от того, какое давление в системе отопления, они вполне могут привести к серьезной поломке. В частности, значительное повышение давления (до предельного уровня) может стать причиной разрушения отдельных элементов или даже полной остановки системы. А вот снижение давление в системах, где задействован циркуляционный насос, нередко вызывает кавитацию – вскипание теплоносителя. Поэтому обеспечить нормальное давление в системе отопления – это важное условие эффективной работы отопительной системы вашего жилища.

Точки измерения давления в системе отопления

Виды давления

Чтобы понять, зачем давление в системе отопления, вспомним курс физики и определим, что же такое давление в системе отопления. По сути, это воздействие жидкости на внутренние стенки элементов системы.

При этом рабочее давление в системе отопления – является давление, которое допускает работу системы при включенном нагревательном приборе и насосе. Следует отметить, что данная величина есть сумма: статическое давление в системе отопления, оказываемое столпом теплоносителя, и динамическое давление, которое возникает при работе циркуляционного насоса.

В таком случае рабочее давление – величина, которая обеспечивает нормальную работу всех компонентов системы (насос, нагревательный прибор, расширительный бак), то есть, оптимальное давление в системе отопления. Следует отметить, что не все типы радиаторов способны выдерживать максимальное давление в системе отопления. Наиболее «стойкими» являются биметаллические радиаторы (то есть, состоящие из двух компонентов – например, медь и сталь).

Биметаллический радиатор отопления

А вот монометаллические радиаторы полноценно работают лишь при оптимальном показателе давления, превышение которого может сказаться крайне негативно и максимальное рабочее давление системы отопления вызовет трудности. Кроме того, такого типа радиаторы крайне плохо переносят порой возникающие в системе гидравлические удары (резкое скачкообразное повышение давления). Такие удары могут значительно повредить не только радиаторы, но и остальные элементы отопительной системы. В большинстве случаев причиной возникновения гидравлических ударов является банальная халатность, невнимательность обслуживающего персонала. Даже если вы ставили систему самостоятельно – это не исключает появление таких дефектов.

Рекомендуем к прочтению:

При пробном запуске отопительной системы следует проводить испытание таким образом, как давление воды в системе отопления. То есть – система запускается с давлением, которое превышает нормальное рабочее примерно в 1,5 раз.

Это позволяет не только проверить качество радиаторов, но и обнаружить незначительные протечки и дефекты системы (если они присутствуют). Такой простой метод позволяет исправить некоторые неполадки до начала отопительного сезона, определив минимальное давление в системе отопления.

Опрессовка системы отопления

В большинстве многоэтажных домов уровень давления является довольно высоким. И проведение таких проверок – важная необходимость, которая позволяет следить за функциональностью системы. Примечательно, что снижение в ней давления на уровень, который совсем немного ниже рабочего, может привести к серьезной поломке. Мало кто знает, но в многоэтажных домах давление теплоносителя в системе отопления может достигать 16 атмосфер и выше.

Воздействие на систему давлением

Есть два возможных варианта проверки функциональности отопительной системы при помощи давления. В первом случае проверка проходит отдельными участками. Конечно, это более кропотливый и продолжительный процесс, но, в то же время, – он позволяет более тщательно исследовать целостность участка системы и давление в трубах отопления. Кроме того, в случае обнаружения поломки исправить ее намного проще – ведь участок уже перекрыт. Соответственно – нет необходимости тратить время на определение местонахождения неисправности по всей системе, которые датчик давления в системе отопления вам не покажет.

Рекомендуем к прочтению:

На плане системы отопления отображены отдельные участки, где можно производить замер величины давления

Второй метод состоит именно в  проверки всей системы одновременно. Пожалуй, единственное преимущество данного метода – более короткие сроки проведения испытания.

Вне зависимости от того, какой принцип проведения испытания выбран, проходит оно по единой схеме.

• из системы (или отдельного ее сегмента) удаляется воздух.
• подается допустимое давление в системе отопления, которое в 1,5 раз превышает рабочее.

Давление в системе отопления — рабочее, статическое теплоносителя в трубах

Для правильного функционирования отопительной системы крайне важно поддерживать необходимое давление в системе отопления. В случае если этот параметр изменяется в какую-либо сторону, возможны значительные сбои в работе, в зависимости от того, какое давление в системе отопления, они вполне могут привести к серьезной поломке. В частности, значительное повышение давления (до предельного уровня) может стать причиной разрушения отдельных элементов или даже полной остановки системы. А вот снижение давление в системах, где задействован циркуляционный насос, нередко вызывает кавитацию – вскипание теплоносителя. Поэтому обеспечить нормальное давление в системе отопления – это важное условие эффективной работы отопительной системы вашего жилища.

Точки измерения давления в системе отопления

Виды давления

Чтобы понять, зачем давление в системе отопления, вспомним курс физики и определим, что же такое давление в системе отопления. По сути, это воздействие жидкости на внутренние стенки элементов системы.

При этом рабочее давление в системе отопления – является давление, которое допускает работу системы при включенном нагревательном приборе и насосе. Следует отметить, что данная величина есть сумма: статическое давление в системе отопления, оказываемое столпом теплоносителя, и динамическое давление, которое возникает при работе циркуляционного насоса.

В таком случае рабочее давление – величина, которая обеспечивает нормальную работу всех компонентов системы (насос, нагревательный прибор, расширительный бак), то есть, оптимальное давление в системе отопления. Следует отметить, что не все типы радиаторов способны выдерживать максимальное давление в системе отопления. Наиболее «стойкими» являются биметаллические радиаторы (то есть, состоящие из двух компонентов – например, медь и сталь).

Биметаллический радиатор отопления

А вот монометаллические радиаторы полноценно работают лишь при оптимальном показателе давления, превышение которого может сказаться крайне негативно и максимальное рабочее давление системы отопления вызовет трудности. Кроме того, такого типа радиаторы крайне плохо переносят порой возникающие в системе гидравлические удары (резкое скачкообразное повышение давления). Такие удары могут значительно повредить не только радиаторы, но и остальные элементы отопительной системы. В большинстве случаев причиной возникновения гидравлических ударов является банальная халатность, невнимательность обслуживающего персонала. Даже если вы ставили систему самостоятельно – это не исключает появление таких дефектов.

Рекомендуем к прочтению:

При пробном запуске отопительной системы следует проводить испытание таким образом, как давление воды в системе отопления. То есть – система запускается с давлением, которое превышает нормальное рабочее примерно в 1,5 раз.

Это позволяет не только проверить качество радиаторов, но и обнаружить незначительные протечки и дефекты системы (если они присутствуют). Такой простой метод позволяет исправить некоторые неполадки до начала отопительного сезона, определив минимальное давление в системе отопления.

Опрессовка системы отопления

В большинстве многоэтажных домов уровень давления является довольно высоким. И проведение таких проверок – важная необходимость, которая позволяет следить за функциональностью системы. Примечательно, что снижение в ней давления на уровень, который совсем немного ниже рабочего, может привести к серьезной поломке. Мало кто знает, но в многоэтажных домах давление теплоносителя в системе отопления может достигать 16 атмосфер и выше.

Воздействие на систему давлением

Есть два возможных варианта проверки функциональности отопительной системы при помощи давления. В первом случае проверка проходит отдельными участками. Конечно, это более кропотливый и продолжительный процесс, но, в то же время, – он позволяет более тщательно исследовать целостность участка системы и давление в трубах отопления. Кроме того, в случае обнаружения поломки исправить ее намного проще – ведь участок уже перекрыт. Соответственно – нет необходимости тратить время на определение местонахождения неисправности по всей системе, которые датчик давления в системе отопления вам не покажет.

Рекомендуем к прочтению:

На плане системы отопления отображены отдельные участки, где можно производить замер величины давления

Второй метод состоит именно в  проверки всей системы одновременно. Пожалуй, единственное преимущество данного метода – более короткие сроки проведения испытания.

Вне зависимости от того, какой принцип проведения испытания выбран, проходит оно по единой схеме.

• из системы (или отдельного ее сегмента) удаляется воздух.
• подается допустимое давление в системе отопления, которое в 1,5 раз превышает рабочее.

После того, как завершается проверка давлением, система проходит еще одно испытание – на герметичность. Оно выполняется в два этапа. В первую очередь, система заполняется холодным теплоносителем. Далее подключается нагревательный элемент, и система наполняется горячим теплоносителем. Разумеется, испытания считаются успешными в том случае, если не возникло протечки. В случае если поломка есть – производится ремонт. Только после этого можно с уверенностью сказать, что система полностью готова к отопительному сезону и что выполнена норма давления в трубах отопления.

Трубы и калибровка труб | Спиракс Сарко

Бернулли связывает изменения общей энергии текущей жидкости с рассеиваемой энергией, выраженной либо в терминах потери напора hf (м), либо в виде удельных потерь энергии g hf (Дж / кг). Само по себе это не очень полезно, если не будет возможности предсказать потери давления, которые возникнут в определенных обстоятельствах.

Здесь вводится один из наиболее важных механизмов диссипации энергии в текущей жидкости, то есть потеря общей механической энергии из-за трения о стенку однородной трубы, по которой проходит устойчивый поток жидкости.

Потери общей энергии жидкости, протекающей по круглой трубе, должны зависеть от:

L = Длина трубы (м)

D = Диаметр трубы (м)

u = Средняя скорость потока жидкости (м / с)

μ = динамическая вязкость жидкости (кг / м · с = Па · с)

курсивом p — body text.jpg = Плотность жидкости (кг / м³)

kS = Шероховатость стенки трубы * (м)

* Поскольку рассеяние энергии связано с напряжением сдвига на стенке трубы, характер поверхности стенки будет иметь значение, поскольку гладкая поверхность будет взаимодействовать с жидкостью иначе, чем шероховатая поверхность.

Все эти переменные собраны вместе в уравнении Д’Арси-Вейсбаха (часто называемом уравнением Д’Арси) и показаны как уравнение 10.2.1. Это уравнение также вводит безразмерный термин, называемый коэффициентом трения, который связывает абсолютную шероховатость трубы с плотностью, скоростью и вязкостью жидкости, а также диаметром трубы.

Термин, который связывает плотность, скорость и вязкость жидкости, а также диаметр трубы, называется числом Рейнольдса в честь Осборна Рейнольдса (1842-1912, из колледжа Оуэнс, Манчестер, Соединенное Королевство), который первым применил этот технический подход к потерям энергии при протекании. жидкости около 1883 года.

Уравнение Д’Арси (Уравнение 10.2.1):

Читатели в некоторых частях мира могут узнать уравнение Д’Арси в несколько иной форме, как показано в уравнении 10.2.2. Уравнение 10.2.2 аналогично уравнению 10.2.1, но не содержит константы 4.

— обзор

1.5.25 Производство пара

Пар генерируется на основных генерирующих установках и / или на различных технологических установках с использованием тепла дымовых газов или других источников.Нагреватели (топки) включают горелки и систему подачи воздуха для горения, кожух котла, в котором происходит теплопередача, система тяги или давления для удаления дымовых газов из печи, нагнетатели сажи и системы сжатого воздуха, которые закрывают отверстия для предотвращения утечки. дымовых газов. Котлы состоят из ряда трубок, по которым пароводяная смесь проходит через топку для максимальной теплоотдачи. Эти трубы проходят между парораспределительными барабанами вверху котла и водосборными барабанами внизу котла.Пар поступает из парового барабана в пароперегреватель перед тем, как попасть в парораспределительную систему.

В обогревателях используется одно или несколько видов топлива, включая нефтеперерабатывающий газ, природный газ, мазут и порошкообразный уголь. Отходящий газ нефтеперерабатывающего завода собирается из технологических установок и объединяется с природным газом и сжиженным нефтяным газом в балансовой емкости топливного газа. Уравновешивающий барабан обеспечивает постоянное давление в системе, достаточно стабильное содержание Btu в топливе и автоматическое разделение взвешенных жидкостей в парах газа, а также предотвращает унос больших пробок конденсата в распределительную систему.Мазут обычно представляет собой смесь сырой нефти нефтепереработки с прямогонными и крекинг-остатками и другими продуктами. Мазутная система подает топливо к подогревателям технологических установок и парогенераторам при требуемых температурах и давлениях. Мазут нагревается до температуры нагнетания, всасывается через грубый сетчатый фильтр на всасывании, перекачивается в терморегулирующий нагреватель, а затем прокачивается через мелкоячеистый фильтр перед сжиганием.

Распределительная система состоит из клапанов, фитингов, трубопроводов и соединений, рассчитанных на давление транспортируемого пара.Пар выходит из котлов под самым высоким давлением, требуемым технологическими установками или производством электроэнергии. Затем давление пара снижается в турбинах, приводящих в действие технологические насосы и компрессоры. Большая часть пара, используемого на нефтеперерабатывающем заводе, конденсируется в воду в различных типах теплообменников. Конденсат повторно используется в качестве питательной воды для котлов или сбрасывается на очистку сточных вод. Когда пар нефтеперерабатывающего завода также используется для приведения в действие генераторов паровых турбин для производства электроэнергии, пар должен производиться при гораздо более высоком давлении, чем требуется для технологического пара.Пар обычно вырабатывается нагревателями (печами) и котлами, объединенными в один блок.

Подача питательной воды является важной частью производства пара. В систему всегда должно входить столько фунтов воды, сколько фунтов пара выходит из нее. Вода, используемая для производства пара, не должна содержать загрязняющих веществ, включая минералы и растворенные примеси, которые могут повредить систему или повлиять на ее работу. Взвешенные материалы, такие как ил, сточные воды и нефть, которые образуют накипь и шлам, должны быть коагулированы или отфильтрованы из воды.Растворенные газы, особенно диоксид углерода и кислород, вызывают коррозию котла и удаляются путем деаэрации и обработки. Растворенные минералы, включая соли металлов, кальций, карбонаты и т. Д., Которые вызывают окалину, коррозию и отложения лопаток турбины, обрабатываются известью или кальцинированной содой для осаждения их из воды. Рециркуляционная охлаждающая вода также должна быть очищена от углеводородов и других загрязняющих веществ. В зависимости от характеристик сырой питательной воды для котлов могут применяться некоторые или все следующие стадии обработки: осветление; седиментация; фильтрация; ионный обмен; деаэрация; и внутреннее лечение.

Самая потенциально опасная операция при производстве пара — запуск нагревателя. Воспламеняющаяся смесь газа и воздуха может образоваться в результате потери пламени в одной или нескольких горелках во время розжига. Для каждого типа блока требуются особые процедуры запуска и действий в чрезвычайной ситуации, включая продувку перед зажиганием, а также в случае пропуска зажигания или пропадания пламени горелки. При низком уровне питательной воды и сухом котле трубы перегреются и выйдут из строя. И наоборот, избыток воды попадет в парораспределительную систему и повредит турбины.Питательная вода не должна содержать загрязняющих веществ, которые могут повлиять на работу. Котлы должны иметь системы непрерывной или периодической продувки для удаления воды из паровых барабанов и ограничения образования накипи на лопатках турбины и трубах пароперегревателя. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не перегреть пароперегреватель во время запуска и остановки. Альтернативные источники топлива должны быть предусмотрены на случай потери газа из-за остановки установки нефтепереработки или аварийной ситуации. На технологических установках имеются выталкивающие емкости для удаления жидкостей из топливного газа перед сжиганием.

Расчетное давление — обзор

6.11.3 Технологический процесс очистки метана

Расчетный диапазон давления газгольдера с двойной пленкой составляет 100–2000 Па, которое можно регулировать в соответствии с давлением метана на кухонных отходах, в целом стабильное и сбалансированное давление в метановой системе. Смешанная труба двух источников расположена возле входа в двухпленочный газгольдер, что снижает вмешательство в процесс смешивания.

Газовый расходомер, прибор для анализа метана и автоматический клапан установлены на трубопроводе для транспортировки метана на заводе по транспортировке кухонных отходов.Расходомер газа может отображать текущий расход и суточный совокупный расход. Это показание расходомера должно быть таким же, как и показание расходомера метана на кухонных отходах. Показания ежедневного кумулятивного потока передаются предприятию по переработке кухонных отходов посредством передачи данных по шине в качестве статистического доказательства взимания платы с обеих сторон.

Метан, хранящийся в газгольдере с двойной пленкой, первым попадает в систему мокрой сероочистки. Метан поступает в распылительную колонну и заполняет колонну, контактируя с щелочной жидкостью.Щелочной раствор абсорбирует H ₂ S в метане и повторно используется после регенерации окислением. После влажного обессеривания содержание H ₂ S в метане снижается до <150 мг / м ³ . Чтобы удовлетворить требованиям последующей очистки H ₂ S до <15 мг / м ³ , проводят сухое обессеривание. При сухом обессеривании используется вертикальный режим сухого обессеривания. Башня обессеривания заполнена агентами обессеривания на основе оксида железа, которые имеют большой объем абсорбции серы, а точность обессеривания высока.Когда концентрация H ₂ S на входе составляет <10 мг / м ³ , концентрация H ₂ S на выходе может быть десульфуризирована до 1 ppm за секунды. Размер частиц обессериваемого метана уменьшается (≤5 мкм) после прохождения через высокоэффективный воздушный фильтр для твердых частиц, а затем он попадает в воздуходувку Рутса с давлением примерно 30 кПа и готовится к последующей утилизации.

После сжатия метановым компрессором десульфурированный и дегидратированный метан проходит через водяной газовый фильтр, фильтр предварительной обработки перехватывающего типа, первичный фильтр отделения масла от воды, высокоэффективный воздушный фильтр для твердых частиц, морозильную сушилку, удаляя насыщенный водяной пар и частицы микропыли, теплообменник и сухой, безмасляный, чистый и соответствующий температуре сжатый метан высокого качества.Этот высококачественный сжатый метан равномерно попадает в систему мембранной сепарации по газораспределительной трубе и далее на сепарацию. Отделенный CO ₂ может быть сброшен в атмосферу по трубе. Очищенный газ соответствует стандарту II стандарта Natural Gas (GB17820). После декомпрессии до среднего давления около 0,4 МПа включается в городской газопровод.

Когда последующая система не может своевременно подавать метан нижестоящему потребителю метана или имеет неисправность, запасной метан транспортируется в горелку для сжигания с помощью воздуходувки.Факел установки для кухонных отходов является альтернативным средством защиты (рис. 6.30).

Рисунок 6.30. Технологическая схема системы очистки и очистки метана от анаэробной ферментации растительных отходов (кухонных отходов).

Статическое давление — что это такое и почему это важно? Сервисная Компания Доминион Сервисная Компания Доминион

04.12.2014

Статическое давление — один из наиболее важных факторов при проектировании систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Проще говоря, статическое давление относится к сопротивлению воздушному потоку в компонентах системы отопления и охлаждения, а также в воздуховоде .Напор воздуха должен быть больше, чем сопротивление потоку, иначе воздух не будет циркулировать по каналам.

В более техническом смысле, статическое давление относится к величине давления, измеряемой в дюймах водяного столба, когда воздух проходит через объект, например воздуховод. Эту концепцию не должен понимать средний домовладелец или управляющий объектом. Расчеты и планирование любой системы HVAC будет выполнено монтажной компанией.Тем не менее, при обсуждении системы отопления и охлаждения вам следует иметь некоторые общие знания по этому вопросу.

Если сложно понять концепцию статического давления, подумайте об измерении этого давления в вашей системе HVAC с точки зрения врача, измеряющего ваше кровяное давление. Показания артериального давления дают врачу хорошее представление об общем состоянии вашего здоровья. То же верно и для показаний статического давления.Это даст специалисту по HVAC представление об общем состоянии нашей системы.

На самом деле существует быстрый способ определить, является ли показание статического давления, измеренное техническим специалистом по HVAC, хорошим или нет. Допустим, вентилятор в системе отопления и охлаждения рассчитан на «0,5 дюйма водяного столба». Техник может легко получить эту цифру. Показание 0,5 дюйма соответствовало бы показанию артериального давления 120/80, или идеальному.

Если показание системы HVAC составляет «1.0 ″ водяного столба »означает, что в устройстве слишком большое давление ограничения потока воздуха в 2 раза. Умножение обоих значений артериального давления на 2 дает соответствующее значение 240/160. Это слишком много для измерения артериального давления, а также для любой системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Это число легко понять каждому!

Если показание составляет «0,75 дюйма водяного столба», это в 1,5 раза больше нормального давления. Это даст соответствующее показание артериального давления 180/120. Эта цифра все еще завышена.

Цифры, показанные с использованием этих примеров, могут дать руководителю предприятия простой способ сравнить и понять, какое статическое давление в их системе HVAC. Если статическое давление в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха слишком велико, система не будет работать должным образом, как и человеческое тело.

Если сопротивление воздуху, циркулирующему через воздуховоды любой системы отопления и охлаждения, слишком велико, блоку придется приложить больше усилий, чтобы протолкнуть воздух через воздуховоды.Это снизит эффективность устройства и оставит часть дома слишком горячей или слишком холодной в зависимости от сезона. Если сопротивление станет слишком сильным, воздух вообще не сможет проходить через систему.

Статическое давление — это просто сопротивление потоку воздуха через любую систему отопления и охлаждения. Слишком большое давление и поток воздуха ограничены или даже остановлены. Это плохо для системы HVAC и требует решения.

DSCR может помочь вам справиться со статическим давлением. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы назначить встречу!

Как выбрать предохранительный клапан

Не делайте ошибки, пытаясь выбрать правильный предохранительный клапан для вашего применения, основываясь только на размере трубы в системе или установленном давлении. Сделайте это таким образом, и вы почти наверняка потратите время, пытаясь выяснить, почему клапан не выполняет то, что должен делать.

Первое, что нужно определить, — это тип клапана сброса давления, который вы ищете. Существует два распространенных типа предохранительных клапанов. Один из них — это предохранительный или отрывной клапан, который полностью открывается при достижении установленного давления, отводя весь или почти весь поток из выпускного отверстия клапана. Пример такого типа предохранительного клапана, сделанного из металла, можно найти на водонагревателях, чтобы защитить их от повреждений, если внутри водонагревателя образуется пар и возникает избыточное давление.

Другой распространенный тип предохранительного клапана, изготовленный Hayward из ПВХ-пластика, постепенно отводит поток из выпускного отверстия по мере сброса давления.Этот тип клапана часто используется не только для сброса давления, но и для регулирования потока в системе.

В этом типе клапана пружина прижимает поршень к седлу. Когда давление превышает установленное давление, поршень смещается со своего седла, и поток постепенно отводится через выпускное отверстие. Отводится больший поток, поскольку давление в системе продолжает расти выше установленного. Когда поршень вдвигается в корпус клапана настолько глубоко, насколько позволяет его конструкция, достигается максимальный расход нагнетания.Эти типы предохранительных клапанов используются для управления потоком, а также давлением. Давайте посмотрим на пример подбора клапана для этого типа применения.

Одно из применений предохранительных клапанов, с которым мы часто сталкиваемся, — это защита насоса от работы в закрытой системе или системе трубопроводов с ограниченным потоком.

Теперь предположим, что у вас есть трубопроводная система 3/4 дюйма, для которой требуется расход 20 галлонов в минуту при 40 фунтах на квадратный дюйм. Насос в системе рассчитан на номинальное давление 50 фунтов на квадратный дюйм при 20 галлонах в минуту.В системе должен быть установлен пластиковый предохранительный клапан Hayward, чтобы насос не работал в закрытой системе, если клапан, расположенный ниже по потоку от насоса, будет закрыт.

Первое, что нужно сделать, это посмотреть на таблицу размеров предохранительных клапанов для предохранительных клапанов Hayward.

Поскольку в нашем примере размер трубы составляет 3/4 дюйма, давайте начнем с этого и посмотрим, будет ли клапан 3/4 дюйма лучшим выбором. Из диаграммы видно, что клапан 3/4 дюйма, установленный на 40 фунтов на квадратный дюйм (необходимое давление в системе), будет пропускать 13 галлонов в минуту при избыточном давлении 10 фунтов на квадратный дюйм (установленное давление 40 минус давление на выходе насоса 50 фунтов на квадратный дюйм).Клапан такого размера работать не будет. Это обеспечит поток всего 13 галлонов в минуту, что на 7 галлонов в минуту меньше, чем требуемые 20 галлонов в минуту.

Поскольку клапан 3/4 «не будет работать из-за слишком низкой скорости потока, в следующий раз мы попробуем клапан 1». Из диаграммы видно, что при избыточном давлении 10 фунтов на квадратный дюйм 1-дюймовый предохранительный клапан, установленный на 40 фунтов на кв. использовать.

Помните: все приложения разные. Прежде чем принять решение по клапану, изучите все параметры приложения.

Попадание в горячую воду: Практическое руководство по системам водяного отопления

Одним из положительных результатов недавнего энергетического кризиса стало развитие и совершенствование технологий использования альтернативных форм энергии. Нигде эти усилия не были более очевидными, чем рост использования древесины в качестве источника топлива. Многие односемейные дома, построенные в последние годы, предусматривают хотя бы частичное отопление дровами.Некоторые коммерческие, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, которым требуется большое количество тепла, также либо перешли на древесину, либо рассмотрели ее.

Одним из наиболее удобных, эффективных и рентабельных способов, с помощью которых жилые, сельскохозяйственные и небольшие коммерческие пользователи могут пользоваться преимуществами энергии на базе древесины, является использование системы водяного отопления (часто называемой гидравлической). Системы горячего водоснабжения, работающие на древесном топливе, особенно подходят для малых и средних предприятий. Основным преимуществом этих систем является то, что они обеспечивают постоянный нагрев при относительно нечастой загрузке.Они также безопасны и могут сжигать недорогое древесное топливо во многих различных формах. Хотя этой технологии как минимум 200 лет, сегодня стоит подумать о ней.

Расширение биологической и сельскохозяйственной инженерии в Государственном университете Северной Каролины спроектировало и протестировало ряд гидравлических систем различных размеров за последние годы. Планы для этих систем доступны за небольшую плату. В настоящее время в Северной Каролине действует несколько тысяч жилых систем горячего водоснабжения, работающих на дровах.Кроме того, около 60 единиц используются для сушки табака и около 300 — для обогрева теплиц. Хотя многие из этих систем были построены на основе проверенных планов, некоторые из них — нет. Когда в системе возникают проблемы, это часто происходит из-за того, что некоторые важные конструктивные или эксплуатационные требования были упущены.

Для эффективной работы важно понимать и соблюдать определенные основные правила. Эта публикация предоставляет оператору системы водяного отопления важную базовую информацию об этом типе системы и ее работе.В первых двух разделах описывается система горячего водоснабжения и ее части, объясняются функции каждой части и даются некоторые простые расчеты конструкции для тех, кто хочет построить свою собственную систему. Третий раздел поможет читателю развить понимание древесного топлива, а четвертый описывает и объясняет экономику систем горячего водоснабжения.

В системе водяного отопления вода используется для хранения тепловой энергии и передачи ее от горящего топлива к месту, где будет использоваться тепло.Все системы горячего водоснабжения (гидроники) состоят из пяти основных частей:

• Топка , камера, в которой сжигается топливо;
• A резервуар для воды , в котором тепло поглощается и хранится;
• Насос и трубопроводная система для транспортировки нагретой воды;
• Теплообменник для отвода тепла там, где оно необходимо;
• Система управления для управления скоростью использования тепла.

При проектировании водонагревателя на дровах важны три фактора:

1. Горение . Система должна быть спроектирована так, чтобы топливо сгорало максимально полно.
2. Теплообмен . Конструкция должна позволять как можно большему количеству выделяемого тепла попадать в воду.
3. Сохранение тепла . Система должна позволять как можно меньше тепла уходить неиспользованным.

Самая важная часть любой системы горячего водоснабжения — топка или камера сгорания.Если он неправильного размера или плохо спроектирован, производительность всей системы пострадает. Самая частая проблема домашних систем горячего водоснабжения — это плохо спроектированная топка. К сожалению, это также одна из самых сложных проблем, которую можно решить без изменения конструкции и восстановления топки.

Как горит древесина

Чтобы оценить необходимость правильно спроектированной топки, необходимо понимать, как горит дрова. Горение (горение) — это процесс, при котором кислород химически соединяется с топливом, выделяя тепло.Тепло также необходимо для запуска процесса. Однако, однажды начавшись, реакция может быть самоподдерживающейся.

Большинство людей знают, что для сжигания необходимы топливо и кислород. Однако многие не осознают, что тепло также необходимо. Многие проблемы в системах водяного отопления связаны с недостаточным количеством тепла в камере сгорания.

Двумя основными компонентами древесины являются целлюлоза и лигнин. Эти два химических вещества состоят в основном из углерода, водорода и кислорода.При повышении температуры древесины некоторые летучие вещества, содержащиеся в ней — вода, воск и масла — начинают выкипать. При температуре около 540 ° F тепловая энергия приведет к разрыву атомных связей в некоторых молекулах древесины. Когда тепловая энергия разрывает связи, которые удерживают вместе атомы, составляющие лигнин или целлюлозу, образуются новые соединения — соединения, которых изначально не было в древесине. Этот процесс известен как пиролиз. Эти новые соединения могут быть газами, такими как водород, окись углерода, двуокись углерода и метан, или они могут быть жидкостями и полутвердыми веществами, такими как смолы, пиролитовые кислоты и креозот.Эти жидкости в виде мелких капель и полутвердых частиц вместе с водяным паром образуют дым. Дым, который выходит из трубы (дымохода) несгоревшим, является потраченным топливом.

По мере того, как температура продолжает расти, производство пиролитических соединений резко возрастает. При температуре от 700 до 1100 ° F (в зависимости от присутствующих пропорций) кислород соединяется с газами и смолами с выделением тепла. Когда это происходит, происходит самоподдерживающееся горение.

В какой-то момент во время горения куска дерева все смолы и газы улетят.Остается в основном древесный уголь. В обиходе мы говорим, что древесина сгорела дотла. Эти угли медленно горят снаружи и почти без огня. Количество угля или древесного угля, которое остается после того, как другие части древесины выкипят, зависит в первую очередь от породы древесины, а также от того, как быстро и при какой температуре она была сожжена. Как правило, чем быстрее и горячее сгорает кусок дерева, тем меньше древесного угля остается в виде углей.

Лучше всего быстро обжечь дрова, чтобы получить от них как можно больше тепла.Медленный дымный огонь может тратить до трети тепловой энергии топлива. Для эффективного горения огонь должен получать достаточно кислорода. Высокая дымовая труба, механический вытяжной вентилятор или и то, и другое обычно используются для обеспечения достаточной тяги (потока воздуха в топку).

Однако существуют пределы того, насколько быстро можно заставить дерево гореть. Если воздух нагнетается в камеру сгорания слишком быстро, он имеет тенденцию «задуть» огонь. Результат почти такой же, как недостаток воздуха.

Подача слишком большого количества воздуха в камеру сгорания также может привести к вздутию воздуха.Дыхание на самом деле представляет собой серию взрывов, возникающих в результате резкого смешивания воздуха и древесных газов. Чаще всего это происходит, когда свежее топливо добавляется в слой очень горячих углей. Сильное тепло от углей может отогнать большие объемы горючих газов, которые периодически воспламеняются по мере поступления кислорода. Эти взрывы редко вызывают какие-либо повреждения системы, но возникающий в результате обратный огонь может вызвать ожоги и летящий пепел.

Многие соединения образуются при горении древесины. Только в дыме было идентифицировано более 160 различных видов.В наибольшем объеме выделяются окись углерода, метан, метанол и водород. Хотя эти соединения будут гореть при относительно низких температурах, большая часть оставшихся выделенных соединений, таких как дым и смола, не сгорит полностью, пока температура не достигнет более 1000 ° F. Таким образом, для полного сгорания необходима горячая топка.

В большинстве хорошо спроектированных систем горячего водоснабжения топка окружена водой. По этой причине эти системы иногда называют «водяными плитами».«В агрегатах этого типа стенки топки поглощают большую часть выделяемого тепла. Вода сохраняет стенки топки относительно прохладными, что приводит к хорошей теплопередаче, но не способствует хорошему сгоранию. В большинстве случаев необходимо изолировать стены и пол топки из огнеупорного кирпича. Огнеупорный кирпич замедляет отвод тепла от огня и, таким образом, увеличивает эффективность сгорания.

Обычный красный строительный кирпич, особенно с отверстиями, подходит для облицовки топки не хуже, чем белый огнеупорный кирпич.Хотя красный кирпич не так эффективен, он стоит примерно в пятую часть стоимости белого огнеупорного кирпича.

Конструкция топки

На рис. 1 показано поперечное сечение типичного водонагревательного агрегата. Очень важно, чтобы камера сгорания с водяной рубашкой была достаточно большой. Он должен быть такого размера, чтобы он не только принимал заряд топлива, но и позволял полностью сгореть расширяющимся газам сгорания, прежде чем они потеряют слишком много тепла и перейдут в дымовые трубы.

Одна из наиболее распространенных проблем домашних систем горячего водоснабжения заключается в том, что камера сгорания слишком мала для нормального сгорания. В этом случае трудно разжечь огонь достаточно горячим; он имеет тенденцию курить, даже когда ему дают много воздуха. Если топка еще не слишком мала, добавление облицовки из огнеупорного кирпича может помочь, потому что это сделает огонь более горячим. Однако иногда единственным выходом является замена топки на более крупную.

Мощность системы горячего водоснабжения можно описать двумя способами: с точки зрения ее мощности горелки или сгорания и с точки зрения ее способности аккумулировать тепло.(Последнее будет обсуждаться в другом разделе.) Мощность горелки системы определяется как наибольшее количество тепла, которое горелка может выделить из топлива за заданный период времени. Мощность горелки можно рассматривать как практический предел устойчивой мощности системы. Если вы продолжите увеличивать скорость подачи топлива в камеру сгорания, в конечном итоге будет достигнута точка, в которой топливо будет потребляться с той же скоростью, с которой оно добавляется. В этот момент горелка работает с номинальной мощностью.Более быстрое добавление топлива может фактически помешать процессу горения.

С практической точки зрения мощность горелки системы определяется размером топки и тем, насколько хорошо воздух может подаваться и распределяться по топливу. В общем, вы можете рассчитывать получить около 40 000 БТЕ в час на каждый квадратный фут площади решетки при условии, что глубина достаточна. Это означает, что вы можете ожидать около 800000 БТЕ в час от топки 5 футов в длину и 4 фута в ширину.

Между площадью колосниковой решетки и глубиной топки существует более чем случайная зависимость.Топка должна быть максимально глубокой. Большая глубина позволяет большему перемещению пламени и лучшему перемешиванию поднимающихся горячих газов для улучшения сгорания. В общем, глубина должна быть равна или больше наименьшего размера решетки. Например, если размер колосниковой решетки составляет 5 на 8 футов, глубина топки должна быть не менее 5 футов. В таблице 1 показано предполагаемое соотношение между объемом топки и емкостью системы. Размеры не указаны, потому что размер и форма резервуара для хранения воды и свободное пространство, необходимое для пожарных труб, ограничивают глубину топки.Важно помнить, что высокие тонкие топки лучше, чем короткие толстые.

Выбор вытяжного вентилятора

Практические ограничения размеров топки и конструкции дымовой трубы обычно требуют создания тяги с помощью вентилятора.Были использованы следующие расстановки и их комбинации:

• Вентилятор для подачи свежего воздуха под решетку;
• Баллончик для нагнетания свежего воздуха в топку над решеткой;
• Вытяжной вентилятор для подачи свежего воздуха в топку и через систему.

Использование вентиляторов для подачи воздуха в камеру сгорания имеет то преимущество, что вентиляторы остаются чистыми и охлаждаются воздухом, который они перемещают. Недостатком является то, что дым и искры могут выходить из любой трещины в топке, потому что давление внутри топки выше, чем снаружи.Если используется вытяжной вентилятор, любые утечки происходят внутрь. Недостатком является то, что тепло и копоть в дымовой трубе сильно воздействуют на систему вентиляторов, хотя существуют вентиляторы, специально разработанные для этой цели.

Скорострельность зависит от тяги. Вентилятор или вентиляторы с принудительной тягой должны подавать достаточно кислорода для максимальной ожидаемой скорости горения, но не должны обеспечивать больше этого количества. Слишком много воздуха охладит огонь и выбросит пепел в дымовые трубы. Например, чтобы определить размер стекового вентилятора, предположим, что максимальная мощность системы составляет 2 миллиона БТЕ в час.

2000000 БТЕ / час ÷ 6680 БТЕ / фунт древесины = 300 фунтов древесины / час

Для сжигания 1 фунта дров требуется около 6 фунтов воздуха. Следовательно, потребность в воздухе составляет:

6 фунтов воздуха / фунт древесины x 300 фунтов древесины / час = 1800 фунтов воздуха / час

Один фунт воздуха эквивалентен примерно 13,5 кубическим футам. Таким образом, необходимый объем воздуха составляет:

1800 фунтов воздуха / час x 13,5 кубических футов / фунт воздуха = 24 300 кубических футов воздуха / час или 405 кубических футов / мин (куб. Футов / мин)

Обычно для эффективного сгорания требуется около 50 процентов избыточного воздуха.Следовательно, требуемый объем:

405 кубических футов в минуту x 1,5 = 608 кубических футов в минуту

Поскольку мы определяем объем воздуха и газов, перемещаемых вытяжным вентилятором, мы должны учитывать добавление продуктов сгорания и влажности древесины к дымовым газам. Для древесины с влажностью 20 процентов, влажная основа (w.b.), отношение объема дымовой трубы к входящему воздуху составляет 1,16 моль дымовых газов на моль свежего воздуха.

Это соотношение рассчитано исходя из 100-процентного сгорания. Таким образом, объем выходящих продуктов сгорания составляет:

608 кубических футов в минуту входящего воздуха x 1.16 = 705 куб. Футов в минуту

Наконец, объем необходимо отрегулировать в соответствии с температурой. Закон Чарльза гласит, что объем газа линейно увеличивается с его температурой. Чтобы использовать закон Чарльза, температуры по Фаренгейту должны быть преобразованы в температуры по шкале Ренкина (R), что достигается добавлением 460 ° к температуре по Фаренгейту.

При температуре входящего воздуха 510 ° R (50 ° F) и температуре дымовой трубы 760 ° R (300 ° F) скорректированный объем дымового газа составляет:

760/510 x 705 кубических футов в минуту = 1050 кубических футов в минуту

Таким образом, 608 кубических футов в минуту входящего воздуха соответствует общему объему 1050 кубических футов в минуту, выходящему через дымовую трубу.Подойдет типичный вентилятор мощностью 1100 кубических футов в минуту при статическом давлении воды 1 дюйм. Допущение статического давления воды в 1 дюйм было бы более чем достаточно для компенсации газового трения в системе.

Вышеприведенные расчеты можно применить к системам самых разных размеров. Размеры вентиляторов указаны в таблице 2 для различных систем.

Двери с водяным охлаждением

Одной из наиболее часто встречающихся проблем в системах водяного отопления является коробление дверок топки.Двери должны быть большими для удобной топки. Одна сторона подвержена сильному нагреву камеры сгорания, а другая часто окружена зимними температурами. Возникающие в результате сильные термические нагрузки могут деформировать двери. Хотя дверь, показанная на Рисунке 2, была сделана из стали ¹ ⁄ ₂ дюймов с существенным усилением, вскоре она так сильно покоробилась, что ее нельзя было закрыть.

Опыт показал, что полностью решить эту проблему невозможно, хотя ее можно существенно уменьшить, охладив двери водой.Водяное охлаждение не только предотвращает коробление, но и позволяет рекуперировать больше тепла.

Двери с водяным охлаждением обычно имеют внутреннюю и внешнюю металлические поверхности, разделенные 2- или 3-дюймовыми полостями, через которые может циркулировать вода. Часть мощности циркуляционного насоса воды отводится в полость двери. В полость обычно устанавливаются перегородки для обеспечения хорошей циркуляции и равномерного охлаждения.

Конструкция решетки

Для максимального удобства и эффективности в нижней части топки необходимо предусмотреть решетку.Идеальная решетка позволяет золе просачиваться сквозь нее, но удерживает большую часть древесины и древесного угля и обеспечивает непрерывный поток воздуха через всю площадь решетки без периодического перемешивания или встряхивания. На каждые 1000 БТЕ номинальной мощности требуется не менее 5 квадратных дюймов площади решетки. Например, для системы мощностью 200 000 БТЕ / час потребуется:

200 x 5 = 1000 квадратных дюймов

Одна тысяча квадратных дюймов равна примерно 7 квадратным футам. Следовательно, решетки шириной 2 фута и длиной 3 ¹ ⁄ ₂ футов будет достаточно для системы с номинальной производительностью 200 000 БТЕ / час.

Создать удовлетворительную решетку сложно. Лучше всего подходят чугунные решетки, но их трудно найти, они дороги и имеют тенденцию со временем треснуть и выгореть. Лист из низкоуглеродистой стали толщиной от ¹ ⁄ _{от 2} до 1 дюйма будет деформироваться при нагревании, если под ним не будет надежной опоры. Однако решетчатые опоры затрудняют удаление золы. Использованные железнодорожные рельсы, перевернутые вверх ногами, с умеренным успехом использовались для формирования решеток. Стандартные 80-фунтовые рельсы, расположенные на расстоянии ¹ ⁄ ₂ друг от друга на расстоянии 1 дюйма, будут охватывать 6 футов без опоры.Рельсы изготовлены из марганцевой легированной стали, их трудно сваривать и резать. Однако они умеренно устойчивы к высокотемпературной эрозии и относительно недороги, если их покупать на свалке металлолома.

Накопление древесного угля во время непрерывного обжига может привести к закупорке решеток и нарушению циркуляции воздуха. Установка вентилятора высокого давления под решеткой гарантирует поддержание минимального потока воздуха и ускоряет сжигание древесного угля. Остальной воздух для горения может подаваться через вентиляционное отверстие или дополнительный вентилятор над решеткой.

Рисунок 1. Типовая система водяного отопления.

Рисунок 2.Двери должны иметь водяное охлаждение, чтобы они не коробились от сильного жара.

Самая заметная часть системы горячего водоснабжения — это бак для воды. Стандартные резервуары, подходящие для систем водяного отопления, доступны в различных размерах, объемах и толщинах стенок.Подземные резервуары имеют более толстые стенки, чем надземные, что делает их намного лучше для сварки. Если у вас есть выбор, лучше использовать короткий резервуар большого диаметра, чем длинный и тонкий, потому что более короткий резервуар имеет меньшую площадь поверхности, что снижает потери тепла и стоимость изоляции. В таблице 3 приведены размеры и вместимость широкого диапазона стандартных резервуаров для хранения нефти.

Хотя лучше всего использовать новый резервуар, многие успешные системы были созданы с использованными резервуарами.Резервуары для хранения отработанного масла часто можно получить просто по запросу. Если вы решили попробовать использованный резервуар, внимательно осмотрите его на предмет дырок или тонких пятен. Также узнайте, какая жидкость хранилась в резервуаре. Внимание: Никогда не сваривайте и не резайте резервуар, который, как вы подозреваете, содержит легковоспламеняющиеся материалы, если он не будет тщательно очищен и проветрен. Один из методов удаления остатков масла или бензина из большого бака — смешать примерно 2 фунта моющего средства на тысячу галлонов емкости с достаточным количеством воды, чтобы растворить его, и вылить этот раствор в бак.Затем полностью наполните резервуар водой и дайте ему постоять несколько дней, прежде чем слить его и приступить к работе.

Теплоемкость

Как упоминалось в предыдущем разделе, одним из показателей емкости системы является ее способность аккумулировать тепло. Вода — одно из наименее дорогих и наиболее легко перемещаемых и контролируемых веществ. Это также один из лучших известных носителей тепла. Вода может хранить в четыре или пять раз больше тепла, чем камень, в десять раз больше, чем большинство металлов, и примерно в четыре раза больше, чем воздух на единицу веса.Его единственный недостаток в том, что он не может сохранять тепло при температуре выше 212 ° F, если он не находится под давлением. Это ограничивает его пригодность для высокотемпературных применений. Однако для систем отопления помещений в теплицах и других сельскохозяйственных, коммерческих или жилых помещениях это ограничение обычно не является проблемой.

По определению, одна британская тепловая единица (BTU) — это количество тепла, необходимое для повышения температуры фунта воды на 1 ° F. Галлон воды весит примерно 8.3 фунта, поэтому тепловая энергия, необходимая для повышения температуры галлона на 100 ° F, составляет:

8,3 фунта x 100 ° F = 830 БТЕ

Для сравнения, для повышения температуры 8,3 фунта гравия на 100 ° F потребуется всего около 166 БТЕ.

Как указывалось ранее, воду нельзя нагревать до температуры выше 212 ° F при атмосферном давлении. Эта температура определяет верхний предел количества тепла, которое может хранить безнапорная вода. Нижний предел устанавливается желаемой температурой нагрузки.Например, если в теплице должна поддерживаться температура 65 ° F, то эта температура является нижним пределом. Разница между верхним и нижним пределом,

212 ° F — 65 ° F = 147 ° F

указывает, сколько тепла может удержать данный объем воды.

На самом деле, снижать температуру хранения до нижнего предела непрактично. Скорость передачи тепла нагрузке (например, от радиаторов к воздуху внутри теплицы) значительно снижается, поскольку температура нагретой поступающей воды приближается к температуре воздуха нагрузки.По этой причине желательно поддерживать нижнюю температуру хранения воды, по крайней мере, на 35 ° F выше желаемой температуры загрузки. Следовательно, в предыдущем примере нижний предел температуры будет 100 ° F, а разница температур будет не 147 ° F, а

212 ° F — (65 ° F + 35 ° F) = 112 ° F

Следовательно, диапазон температур хранения воды ограничен 112 ° F. Используя эту информацию в качестве руководства, теперь мы можем определить, какой объем памяти необходим.

Если заданная тепловая нагрузка определена как 200000 БТЕ в час и желательно иметь 6 часов нагрева после тушения пожара, количество воды должно быть достаточным для хранения:

200000 БТЕ / час x 6 часов = 1200000 БТЕ

Для подъема одного фунта воды на 1 ° F требуется 1 БТЕ.В каждом фунте воды может храниться только 112 БТЕ. Следовательно, необходимое количество воды составляет:

1,200,000 БТЕ ÷ 112 БТЕ / фунт = 10714 фунтов

Поскольку вода весит 8,3 фунта на галлон, 10 714 фунтов воды равны 1291 галлону.

На практике максимальная температура воды редко превышает 200 ° F; следовательно, требуется емкость, немного превышающая 1291 галлон.

Эти расчеты предполагают, что тепло не теряется из резервуара или из труб, по которым вода идет к загрузке и от нее.Эти потери могут быть значительными в зависимости от того, насколько хорошо изолирована труба, расстояния от резервуара до груза и температуры наружного воздуха.

Очень хорошая идея — установить термометр на выпускной линии резервуара. Это даст точную индикацию температуры воды внутри резервуара. Падение температуры воды более чем на 20 ° F в час является хорошим признаком того, что резервуар для воды слишком мал, поскольку цель системы горячего водоснабжения — обеспечить постоянный источник тепла без необходимости постоянно разжигать огонь.

Также хорошей идеей является установка термометра на линиях с обеих сторон нагрузки — например, на впускной и выпускной линиях радиатора или ряда радиаторов. Это позволяет определить не только, сколько энергии теряется между баком и грузом, но и насколько эффективно радиаторы извлекают тепло из воды.

Для оптимальной конструкции системы емкость накопителя должна основываться на максимальной номинальной мощности горелки, требуемой тепловой нагрузке и максимальном промежутке времени между загрузками топлива.Следующее обсуждение показывает, как взаимодействуют эти три фактора.

Предположим, как в приведенном выше примере, что требуемая средняя тепловая нагрузка составляет 200 000 БТЕ в час. Это означает, что в течение обычного часа работы требуется 200 000 БТЕ тепла. Вероятно, что посреди очень холодной ночи количество необходимого тепла превысит это количество. Но для того, чтобы иметь достаточно тепла, мощность горелки должна как минимум равняться средней нагрузке плюс потери. С практической точки зрения желательно, чтобы горелка была рассчитана на 1,5–2-кратную среднюю тепловую нагрузку.Горелка большего размера может производить тепло для хранения, а также для немедленного использования в периоды средней нагрузки.

Помимо энергии, хранящейся в горячей воде (накопительный бак), в системе также можно хранить тепловую энергию в виде несгоревшей древесины. Это называется хранилищем топки. В ожидании очень холодной ночи оператор теплицы может топить систему в течение дня, чтобы постепенно поднять температуру воды примерно до 212 ° F. Несмотря на то, что вода уже удерживает количество тепла, близкое к максимальному, оператор может снова заполнить топку непосредственно перед тем, как уйти на ночь.Это дополнительное топливо добавляет энергии системе. Горящее топливо может просто заменить уходящее тепло и, таким образом, поддерживать высокую температуру воды. Однако, если дополнительное топливо слишком быстро добавляет слишком много тепла, вода в баке закипит, и энергия будет потрачена впустую в виде пара.

Маловероятно, что система горячего водоснабжения во время реальной эксплуатации будет подвергаться очень большим колебаниям нагрузки. Другими словами, не требуется производить максимальную производительность один час и никакой в ​​последующие.Скорее, постепенное увеличение и уменьшение обычно происходит в течение дня по мере изменения наружной температуры и многих других факторов. С другой стороны, тепло, подаваемое в систему от огня, обычно бывает довольно спорадическим, в зависимости от того, сколько и как часто добавляется топливо. Ценность системы горячего водоснабжения частично основана на ее способности быстро накапливать тепловую энергию, но медленно выделять ее с контролируемой скоростью.

Если горелка вырабатывает больше тепла, чем используется системой, дополнительное тепло будет сохраняться при условии, что емкость хранения не была превышена.При превышении емкости вода закипает. Когда это происходит, избыточное тепло уходит из системы в виде пара. Энергия, необходимая для кипячения воды, просто тратится зря. Частое кипение в системе горячего водоснабжения указывает на то, что горелка слишком велика, или она слишком часто зажигается, или что емкость аккумулирования тепла в системе слишком мала.

Если емкость аккумулирования тепла недостаточна, одно решение — добавить еще один резервуар. Тандемный резервуар обычно располагается как можно ближе к основному резервуару и соединяется впускной и выпускной трубой и насосом (Рисунок 3).Таким образом, емкость хранилища может быть легко увеличена без нарушения работы остальной системы. Между двумя баками всегда необходимо непрерывно перекачивать воду, чтобы тепло распределялось равномерно. Это можно сделать, добавив дополнительный насос или используя часть потока от существующего насоса, если он имеет избыточную производительность.

Система горячего водоснабжения не является паровой; то есть в системе никогда не бывает другого давления, кроме давления, создаваемого насосами. Из бака для горячей воды необходимо удалить воздух, чтобы предотвратить повышение давления, когда вода нагревается и расширяется или превращается в пар.Невентилируемый резервуар для хранения чрезвычайно опасен . В верхней части бака требуется как минимум два вентиляционных отверстия. Более того, люк, который обычно вырезается в верхней части резервуара во время строительства, можно оставить открытым, но прикрыть листом листового металла.

Изоляция

Необходимо изолировать бак и все трубы, чтобы предотвратить утечку тепла. Для наружных резервуаров подходит полиуретановая изоляция, напыляемая напылением, особенно если она окрашена и защищена от прямого воздействия огня и солнечных лучей.Покрытие толщиной 1 дюйм, обеспечивающее степень изоляции R-7, стоит около 1 доллара за квадратный фут. Например, для резервуара емкостью 2000 галлонов диаметром 64 дюйма и длиной 12 футов изоляция будет стоить приблизительно 250 долларов. В таблице 4 приведены расчетные значения теплоизоляции резервуаров различной толщины из полиуретана.

Эта таблица показывает, что затраты на нанесение минимального количества изоляции можно легко оправдать за счет экономии затрат на электроэнергию.Однако дополнительные затраты на изоляцию толщиной более ¹ ⁄ ₂ дюйма трудно оправдать.

Один из вариантов — разместить систему под односкатной крышей, где ее можно изолировать относительно недорогими войлоками из стекловолокна. Стекловолокно, которое может иметь основу из алюминиевой фольги, можно удерживать на месте с помощью проволочной сетки с крупными ячейками. Стоимость навеса, изоляции, пленки, провода и рабочей силы может быть больше, чем стоимость напыляемой полиуретановой изоляции, но этот тип изоляции, вероятно, прослужит намного дольше и даст лучшее значение R.

Защита от ржавчины

Рекомендуется использовать какие-либо меры по предотвращению ржавчины для защиты внутренней части резервуара и труб от коррозии. Доступен ряд коммерческих химикатов, предназначенных в основном для использования в высокотемпературных котлах. Некоторые из них были бы довольно дорогими в количестве, необходимом для защиты системы горячего водоснабжения среднего размера.

Один метод, который был признан подходящим для систем горячего водоснабжения, — это добавление некоторых относительно недорогих химикатов для повышения pH воды.Среди них карбонат калия, карбонат натрия (стиральная сода) и гексаметафосфат натрия (Calgon). Эти химические вещества предотвращают коррозию, покрывая металлические стенки систем. Из упомянутых выше химикатов лучше всего работает Калгон. Его можно купить в большинстве продуктовых магазинов. Используйте 5 фунтов на каждые 1000 галлонов воды. В нормальных условиях ни один из этих химикатов не разлагается и, следовательно, остается активным в системе в течение длительного времени.

Пожарные трубы

Хотя некоторое количество тепла проходит к воде через стенки топки, основной путь тепла от огня к воде проходит через дымовые трубы.Большинство систем спроектировано так, что горячие газы, выделяемые при пожаре, проходят через серию пожарных труб, которые проходят от одного конца резервуара для хранения к другому. Во многих системах газы проходят через резервуар более одного раза.

Очень важно, чтобы количество и размер трубок были достаточными, чтобы большая часть тепла передавалась от горячих газов воде до выхода газов. Как показывает практика, на каждые 2000 БТЕ номинальной мощности требуется около 1 квадратного фута площади теплообмена.Например, если система рассчитана на производство 200 000 БТЕ в час, потребуется около 100 квадратных футов площади теплообмена. Эта область может включать охлаждаемую водой поверхность топки, а также сами дымовые трубы. Обе эти области часто называют поверхностью очага.

Наружный диаметр трубок используется для расчета площади. В таблице 5 перечислены несколько часто используемых размеров стандартных труб с указанием их фактического внешнего диаметра и количества ходовых футов, необходимых для получения 1 квадратного фута площади поверхности.

Правильный размер используемой трубы зависит от ряда факторов.В примере системы с производительностью 200 000 БТЕ в час требуется 100 квадратных футов площади теплообмена. Из таблицы 1 рекомендуемый объем топки составляет 9 кубических футов. Подходящей топкой такого объема может быть топка 1 ¹ ⁄ ₂ футов в длину, 2 фута в ширину и 3 фута в высоту. Площадь топки составляет 27 квадратных футов (включая дверь с водяным охлаждением). Таким образом, топка обеспечит 27 квадратных футов необходимых 100 квадратных футов. Остальные 73 квадратных фута должны обеспечивать пожарные трубы.

Чтобы найти длину трубы заданного диаметра, необходимую для обеспечения желаемой площади поверхности, умножьте числа в третьем столбце таблицы 5. Например, если вы выберете 1 ¹ ⁄ ₂ -дюймовая труба, умножьте 73 погонных футов на 2,01:

73 фута x 2,01 фут / кв. Фут = 146,72 фута

Около 147 погонных футов 1 ¹ ⁄ ₂ -дюймовой трубы требуется для получения 73 квадратных футов площади теплообмена. С другой стороны, если вы используете 3-дюймовую трубу, вам понадобится всего около 80 футов:

73 фута x 1.09 фут / кв фут = 79,73 фут

Какой размер лучше? Если рассматривать строго с точки зрения стоимости, нет большой разницы между 147 футами трубы 1 ¹ ⁄ ₂ дюйма и 80 футами трубы 3 дюйма. Однако большую трубу сваривать намного проще. Кроме того, время от времени необходимо будет очищать внутреннюю часть трубы от золы, сажи и других отложений. Очистить меньшую длину и большую трубу проще. Однако большее количество труб меньшего размера будет несколько более эффективным в передаче тепла.Опыт показал, что в целом лучше всего подходят трубы диаметром от 2 до 3 дюймов.

Отложения золы в дымовых трубах значительно снизят скорость теплопередачи. Хорошо иметь способ определить, насколько хорошо они работают. Один из лучших и наименее дорогих методов — разместить высокотемпературный термометр в точке, где газы покидают пожарные трубы и запускают дымовую трубу. Чем ближе температура воды, тем эффективнее отвод тепла от пожарных труб. Температура газа от 300 до 350 ° F указывает на эффективную теплопередачу.Температура газа более 450 ° F указывает на то, что площадь теплообмена слишком мала или на пожарные трубы нанесено покрытие.

Стратификация

Любопытное состояние иногда возникает в средних и больших системах. Несмотря на то, что топка постоянно топится, и видно, как вода кипит из верхней части резервуара, температура воды, забираемой из резервуара для распределения, составляет всего 170–180 ° F. Такая ситуация возникает в системах, где вход и выход находятся около дна резервуара и нет вспомогательного циркуляционного насоса, поддерживающего движение воды.Это состояние называется стратификацией и возникает, когда вода при разных температурах разделяется на отдельные слои, причем самая теплая вода остается наверху. Стратификация может происходить в любой системе, но обычно более выражена в крупных.

Плотность воды при 100 ° F примерно на 3,5 процента больше, чем при 200 ° F. Как и воздух, горячая вода поднимается, а холодная опускается. Чтобы предотвратить расслоение, воду необходимо поддерживать в движении. Один из способов — подсоединить возвратные трубы в верхней части бака над топкой (самая горячая часть системы) и забрать воду из нижней части бака с другого конца.Проблема с этим подходом заключается в том, что распределительные насосы могут не работать все время, и при выключении насосов может происходить расслоение.

Лучшее решение — установить постоянно работающий вспомогательный циркуляционный насос для перемещения воды из самой холодной в самую горячую часть резервуара. Постоянное перемешивание воды предотвратит расслоение. Циркуляционный насос не обязательно должен быть большим, так как необходимо преодолеть очень небольшой напор. Он должен быть способен перекачивать от 0,2 до 0,5 производительности системы в час.Например, система на 2000 галлонов должна иметь насос, способный перекачивать от 400 до 1000 галлонов в час. Обычно достаточно электрического насоса ¹ ⁄ _{6 от} до ¹ ⁄ ₂ лошадиных сил.

Рисунок 3. Дополнительный резервуар увеличит емкость хранилища.

Трубопровод

Вода не только сохраняет тепло, но и передает тепло туда, где оно используется.Распределительный насос должен иметь подходящий размер для работы. Если насос слишком мал, он не будет перекачивать достаточно тепла к нагрузке. Если он слишком большой, это приведет к потере энергии. Подбор насоса — довольно сложный вопрос, поскольку он зависит от ряда взаимосвязанных факторов. К ним относятся размер груза, расстояние между баком и грузом, количество различных теплообменников в системе и размер используемой трубы. В таблице 6 приведены размеры труб для различных тепловых нагрузок. Эти скорости потока и размеры труб рассчитаны с учетом нормального падения температуры на 25 ° F при прохождении воды через теплообменник.

За исключением жилых помещений, большинство систем горячего водоснабжения поставляют тепло более чем в одно место.Например, несколько отдельных теплиц или стойл для выдержки могут потреблять тепло от одной и той же системы. Горячая вода подается к каждой нагрузке по большим магистральным распределительным и обратным линиям. Каждая нагрузка имеет свой собственный насос и подключена к основным линиям параллельно, что делает ее управляемой независимо (Рисунок 4). Каждое параллельное соединение должно иметь обратный клапан для предотвращения обратного потока, когда тепло не требуется.

обычно оцениваются по количеству галлонов в минуту, которые они могут подавать при определенном напоре или общем сопротивлении.Это полное сопротивление является суммой сопротивлений каждой отдельной части системы, через которую вода проходит в своем контуре к насосу и от него. Сопротивление обычно выражается в количестве футов «головы», хотя с таким же успехом оно может быть выражено в фунтах на квадратный дюйм. Напор — это гипотетическая высота воды, против которой должен работать насос; чем больше голова, тем больше сопротивление.

По мере увеличения сопротивления расход уменьшается. Например, определенный насос может быть рассчитан на 50 галлонов в минуту на высоте 10 футов, но только 15 галлонов в минуту на высоте 30 футов.Один фут напора эквивалентен 0,43 фунта на квадратный дюйм (psi). При выборе насоса важно выбрать насос, рассчитанный на работу с горячей водой при температурах до максимально ожидаемых.

Во многих системах используются стандартные стальные трубы и резьбовые соединения. Они относительно недороги и подходят для горячего водоснабжения. В некоторых новых системах используются пластиковые трубы. Полиэтилен (черный пластик) и трубы из ПВХ не выдержат длительного использования горячей воды при умеренном давлении. Однако два типа пластиковых труб — ХПВХ и полибутилен — предназначены для горячего водоснабжения.ХПВХ — это жесткая пластиковая труба, похожая на ПВХ. Если используется труба из ХПВХ, все фитинги, такие как соединители, переходники и колена, также должны быть изготовлены из ХПВХ. Полибутиленовая труба также требует специальных соединителей, но она гибкая и с ней значительно легче работать. Однако он еще не доступен в размерах более 1 дюйма.

Изоляция труб

Для повышения эффективности важно, чтобы распределительные трубы, идущие к нагрузке и от нее, были изолированы. Количество тепла, которое может быть потеряно из-за длины трубы, является значительным и зависит от ряда факторов.К ним относятся температура воды, проходящей через трубу, температуру и движение воздуха, окружающего трубу, тип материала трубы, а также состояние поверхности и толщину стенки трубы. Неизолированная распределительная труба горячей воды может терять от нескольких сотен до нескольких тысяч БТЕ в час, в зависимости от условий и длины.

Если трубы должны быть проложены над землей, будет достаточно покрытия из стекловолокна, защищенного от дождя несколькими слоями устойчивой к солнечному свету пластиковой пленки.Любая изоляция, особенно стекловолокно, пропитанная водой, теряет почти все свои изоляционные свойства. Изоляция труб из пенопласта в виде разъемных трубок также хорошо работает, если она защищена от солнечных лучей.

Гораздо труднее изолировать трубу, когда она проложена под землей. просто закапывать трубу в землю без изоляции — очень плохая практика, потому что влажная холодная почва является очень хорошим проводником тепла. Большинство изоляционных материалов из пенопласта, таких как изоляционные материалы с разъемными трубками, изготовлены из пенопласта с закрытыми порами, что означает, что он не пропитается водой и, следовательно, сохранит свои изоляционные свойства под землей.Если вам необходимо проложить трубу под землей, убедитесь, что земля остается как можно более сухой.

Напыляемая полиуретановая изоляция, обычно используемая на резервуарах, также может использоваться для изоляции подземных труб, поскольку она относится к типу с закрытыми ячейками. Чтобы использовать этот метод, вырывается траншея шириной от 4 до 6 дюймов и глубиной от 12 до 14 дюймов. Трубы поддерживаются на расстоянии 2 или 3 дюймов от дна, а в траншею распыляется от 4 до 5 дюймов изоляции, которая полностью окружает и покрывает трубы. После того, как утеплитель схватится, траншея засыпается грунтом.

Независимо от того, какой метод используется для изоляции трубы, важно не забыть изолировать обратную трубу, а также трубу, идущую к нагрузке. Несмотря на то, что большая часть тепла была удалена из возвратной воды, любая энергия, потерянная в трубе, должна быть восполнена. Для повышения температуры 1 фунта воды с 80 до 85 ° F требуется такое же количество тепла, как и для повышения температуры с 200 до 205 ° F.

Рисунок 4.Типовая схема мультизагрузочной системы.

Важной частью любой системы горячего водоснабжения является теплообменник или радиатор. Если его размер неверен или поток воздуха через него недостаточен, производительность системы может сильно пострадать.К счастью, теплообменники бывают разных размеров. Доступен широкий ассортимент коммерческих радиаторов, разработанных специально для систем горячего водоснабжения. Большинство из них могут работать при давлении воды от 50 до 60 фунтов на квадратный дюйм и имеют резьбовые фитинги для подключения к распределительной системе.

Очень подходящей альтернативой коммерческому радиатору является новый или подержанный автомобильный радиатор. Они доступны во многих различных размерах и могут быть куплены на большинстве складов и в пунктах снабжения запчастями.У многих дилеров есть новые радиаторы для старых автомобилей, которые они могут продать по сниженным ценам. Однако автомобильные радиаторы обычно не подходят для воды с давлением выше 15-20 фунтов на квадратный дюйм. Это ограничение не должно быть проблемой, если насос и распределительные трубы имеют правильный размер. Однако автомобильные радиаторы потребуют некоторых модификаций, включая закрытие заливных и переливных отверстий и изменение перехода от резинового шлангового фитинга к распределительной трубе.

Характеристики теплопередачи любого радиатора зависят от ряда факторов.Наиболее важными являются скорость потока и температура водяных и воздушных потоков. Как правило, чем больше разница температур между водой и воздухом, тем быстрее передается тепло. Кроме того, чем больше воды и воздуха проходит через радиатор, тем больше передается тепла. Также важны такие факторы, как конструкция радиатора, количество и расположение ребер, а также материал, из которого изготовлен радиатор. Например, при типичных условиях эксплуатации многие коммерческие теплообменники, разработанные специально для горячего водоснабжения, производят около 20 000 БТЕ в час на каждый квадратный фут площади поверхности.

Поскольку большинство радиаторов имеют схожие характеристики теплопередачи, решающим фактором при определении мощности является их физический размер. Испытания показали, что автомобильные радиаторы могут передавать от 16 000 до 20 000 БТЕ в час на квадратный фут поверхности лица (от 140 ° F воды до 70 ° F воздуха). Например, радиатор размером 1 ¹ ⁄ ₂ футов шириной и высотой 2 фута имеет площадь 3 квадратных фута. Таким образом, он может передавать от 48 000 до 60 000 БТЕ в час.

Управление системой горячего водоснабжения довольно простое.Обычно они состоят из термостата, подключенного к реле, которое управляет отдельным насосом для каждой нагрузки. Электродвигатель вентилятора, который продувает воздух через радиатор, также может быть подключен к тому же реле, поскольку он не должен работать при выключенном насосе. Такое расположение позволяет управлять каждой нагрузкой независимо. В некоторых системах насосу разрешается работать непрерывно, а вентилятор управляется термостатом.

Для большинства крупных систем требуется вытяжной вентилятор, как описано ранее, для обеспечения надлежащего сгорания.Вытяжной вентилятор обычно работает всякий раз, когда в топке возникает пожар. Когда нет огня, он не должен работать и может быть отключен вручную. Однако этот механизм не работает, когда систему топят, а затем оставляют без присмотра на длительное время, например, на ночь. Когда поле израсходовано, вентилятор продолжит работу, втягивая холодный воздух через пожарные трубы и, таким образом, охлаждая воду. Важно помнить, что дымовые трубы являются теплообменниками, и что тепло будет течь от горячей воды к охлаждающим трубам, а также наоборот.Одним из решений является установка термостата в дымовой трубе, чтобы останавливать вентилятор, когда температура падает примерно до 200 ° F, то есть когда в воду больше не поступает тепло. Может потребоваться ручное управление, чтобы разжечь огонь, когда система остыла.

Древесина — отличное топливо. По сравнению с большинством других видов топлива оно недорогое, его довольно легко хранить, его можно использовать в различных формах и размерах, и оно широко распространено в Северной Каролине.По оценкам, в этом штате в качестве топлива доступно более 14 миллионов тонн древесины в год.

Древесина, хотя и является хорошим топливом, имеет недостатки. Он содержит меньше энергии на фунт, чем большинство других видов топлива. Количество полезной энергии в образце древесины может широко варьироваться в зависимости от содержания влаги и породы.

Растущее дерево обычно наполовину состоит из воды. Когда дерево спиливается, древесина начинает терять влагу в окружающий воздух. Древесина, которая была свежесрезана и содержит высокий процент влаги, часто называется древесиной зеленая .После того, как древесина высохла в течение определенного периода времени (обычно несколько месяцев или более, ее называют выдержанной или сухой древесиной. По мере того, как древесина теряет влагу, ее влажность постепенно приближается к содержанию влаги от 12 до 15 процентов. Это значение называется равновесное содержание влаги (EMC). Фактическое процентное содержание определяется долгосрочным усреднением температуры и относительной влажности воздуха, окружающего древесину. Хотя было бы желательно, но нецелесообразно удалять всю воду из дрова.

Влажность топливной древесины обычно выражается в процентах от общей сырой массы. Например, если определенный кусок дерева весит 7 фунтов 6 унций (118 унций), но после сушки кости весит всего 5 фунтов 4 унции (84 унции), исходное содержание влаги в древесине выражается следующим образом:

118-84 = 34 унции воды

34 ÷ 118 = 0,288 или 28,8 процента

Это означает, что вода составляла 28,8% от веса влажной древесины.Содержание влаги, выраженное в процентах от сырого веса, часто обозначается сокращенно m.c.w.b. (влажность, влажная основа).

Эффективное теплосодержание древесного топлива снижается за счет содержащейся в нем влаги двумя способами. Во-первых, чем больше воды в данном куске дерева, тем меньше в нем древесины. Во-вторых, часть топлива, содержащегося в древесине, используется для испарения воды при сжигании древесины. Приблизительно 1000 БТЕ тепловой энергии требуется для испарения каждого фунта воды в древесине.Кусок дерева содержит одинаковое количество энергии, независимо от того, является ли он зеленым или сухим. Однако зеленая древесина плохо горит, потому что часть энергии уходит на испарение лишней воды. В таблице 7 приведена чистая энергетическая ценность (теплотворная способность) древесины при различной влажности.

Обратите внимание, что правильно выдержанная древесина имеет на 88 процентов более высокую теплотворную способность (по весу), чем зеленая древесина.Также обратите внимание, что зеленая древесина весит почти вдвое больше, чем выдержанная древесина. Кусок зеленого дерева весом в 1 фунт весит всего 0,59 фунта после выдержки. Кусок дерева, сгоревший в «зеленом» состоянии, дает примерно половину тепла, чем при правильной выдержке. Вот почему очень важно правильно выдерживать дрова. Для древесины, оставленной в виде цельного бревна, диаметром 12 дюймов или меньше, может потребоваться целый год, чтобы приправить ее должным образом. В идеале древесину, которая будет использоваться зимой, следует заготавливать предыдущим летом и дать ей высохнуть.Таким образом, древесина сушится за счет летнего тепла, а не за счет части энергии, содержащейся в самой древесине. Конечно, древесина, которой разрешили сезон, высохнет намного быстрее, если ее расколоть и хранить под навесом.

Плотность

Опыт показал, что дуб лучше для обогрева древесины, чем сосна, потому что дуб намного плотнее. Кубический фут сушеного на воздухе дуба весит около 42 фунтов, тогда как кубический фут сушеного на воздухе сосны лоблоли весит около 32 фунтов. Таким образом, дуб примерно на 32 процента плотнее сосны, а дубовый шнур обычно содержит на треть больше энергии, чем сосновый шнур.Это важное соображение, поскольку дрова обычно покупаются и продаются за шнур, который является мерой объема, а не веса. Важно помнить, что почти все породы древесины содержат примерно одинаковое количество энергии. Вы получаете больше фунтов древесины — и, следовательно, больше тепловой энергии — в веревке из более плотной древесины.

Другие виды топлива

Очень широко распространено мнение, что некоторые мягкие породы древесины, такие как сосна, производят больше смолы или креозота, чем лиственные породы.Многочисленные тесты показали, что это не так. Фактически, недавние испытания не показали заметной разницы в выходе смолы между сосной и дубом. При правильном обжиге древесины не должно образовываться смолы.

Помимо более традиционных форм древесного топлива, таких как щепа и дрова, колотые или круглые, могут быть доступны древесные отходы. Это могут быть древесные отходы мебельных заводов или обрезки пиломатериалов со стройплощадок или сносов. Все эти породы дерева подходят для использования. Однако следует помнить одну очень важную вещь: ни в коем случае нельзя сжигать обработанную древесину.Древесина, обработанная креозотом из каменноугольной смолы, например железнодорожные шпалы или опоры, сильно горит и выделяет густой черный токсичный дым. Древесина, обработанная такими соединениями, как хромированный арсенат меди (CCA), обычно имеет зеленовато-желтый или коричневый цвет и при горении выделяет очень токсичный дым. Обработка или вдыхание золы пиломатериалов, обработанных CCA, может вызвать острое отравление. Даже относительно небольшое количество обработанной древесины, смешанной с необработанной древесиной, может вызвать серьезные проблемы. Будьте осторожны и знайте, какой вид топлива вы используете.

Сравнение стоимости топлива

Сравнение древесины и мазута № 2 показывает, что энергосодержание различных видов топлива, обычно называемое удельной энергией, может широко варьироваться. Например, мазут номер 2 содержит около 19 000 БТЕ на фунт, тогда как сухая древесина содержит около 8 600 БТЕ на фунт. В пересчете на фунт за фунт мазут имеет более чем в два раза больше энергии, чем древесина. Однако сравнение удельной энергии древесины и мазута говорит только об этом.

При цене 1 доллар за галлон фунт мазута стоит около 13 центов. При цене 40 долларов за шнур фунт древесины белого дуба стоит менее одного цента. Таблица 7 показывает, что фунт правильно выдержанной древесины содержит около 7 160 БТЕ.

Следующие расчеты сравнивают эти виды топлива на основе стоимости на миллион БТЕ:

Мазут: 0,13 доллара за фунт ÷ 9000 БТЕ / фунт x 1000000 = 6,84 доллара за миллион БТЕ

Древесина: 0,008 долл. США / фунт ÷ 7 160 БТЕ / фунт x 1000000 = 1,12 долл. США за миллион БТЕ

Эти расчеты показывают, что стоимость мазута более чем в шесть раз превышает стоимость древесины, необходимой для производства того же количества тепла.Таким образом, древесина имеет большое преимущество в стоимости по сравнению с большинством других видов топлива.

Возражения против использования древесины в качестве источника энергии обычно связаны с удобством. В очень холодную погоду большинство систем горячего водоснабжения, работающих на древесном топливе, необходимо топить хотя бы один раз за ночь. Конечно, есть недостатки в том, чтобы вставать в 2 часа ночи, чтобы запустить систему. С другой стороны, использование дерева определенно дает преимущество в стоимости.

При рассмотрении системы горячего водоснабжения, работающей на древесном топливе, не следует упускать из виду два других важных сравнения.Один из них — системные затраты, а другой — эффективность. Стоимость установки системы правильного размера зависит от индивидуальных потребностей. Например, большинство нефтегазовых систем рассчитаны на индивидуальные теплицы и устанавливаются в них, тогда как одна большая система горячего водоснабжения может вместить множество теплиц или несколько помещений для сушки табака вместе с другими зданиями и жилым помещением.

Второй аспект, который следует учитывать, — это эффективность системы. Эффективность, которая обычно выражается в процентах, является мерой того, насколько хорошо система преобразует и доставляет химическую энергию, хранящуюся в топливе, в полезную тепловую энергию.Процентное соотношение описывает долю потребляемой энергии, которая фактически преобразуется и используется в качестве полезного тепла. Важно понимать, что общая эффективность также зависит от того, насколько хорошо система отводит тепло. Другими словами, недостаточно, чтобы система эффективно сжигала топливо, но тепло также должно доставляться с минимальными потерями к месту, где оно должно использоваться. В следующем примере показано, как рассчитывается общая эффективность:

Система водяного отопления на древесном топливе, как известно, сжигает 200 фунтов высушенной на воздухе древесины в час, за это время 2300 галлонов нагретой воды проходит через теплообменники теплицы с понижением температуры на 45 ° F.Температура воды в накопительном баке остается постоянной.

Энергетическая ценность высушенной на воздухе древесины составляет 7 160 БТЕ на фунт. Таким образом, энергия, выделяемая при сжигании 200 фунтов в час, составляет:

7160 БТЕ / фунт x 200 фунтов / час = 1432000 БТЕ / час

По определению 1 БТЕ — это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 ° F. Один галлон воды весит 8,3 фунта; следовательно, тепловая энергия, отдаваемая системой, составляет:

2300 галлонов / час x 8.3 фунта / галлон x 45 ° = 859 050 БТЕ / час

Эффективность системы — это отношение выходной энергии к вложенной энергии:

Общий КПД, E = выход энергии системы ÷ вход энергии в систему

E = 859 050 / 1,432 000

E = 0,60 или 60%

Эти расчеты предполагают, что температура воды в резервуаре для хранения остается постоянной и что падение температуры на 45 ° F включает потери в трубопроводах, по которым вода идет в теплицу и из нее.

Без некоторых довольно сложных тестов очень сложно определить точную эффективность нагревательного устройства. Однако таблица 8 показывает, что типичная эффективность обычных систем отопления сильно различается.

При исследовании общей стоимости отопления с использованием различных видов топлива очень важно сравнивать эффективность системы, особенно если разница в стоимости на миллион БТЕ между двумя альтернативными видами топлива очень мала. Эффективность системы в меньшей степени влияет на то, какой выбор лучше, поскольку разница в стоимости между видами топлива увеличивается.В настоящее время существует значительная разница в стоимости между древесным топливом и другими широко используемыми видами топлива, чтобы сделать древесные системы рентабельными даже при довольно низкой эффективности. Очевидно, что при правильном проектировании для обеспечения максимальной эффективности использование деревянных систем будет дешевле.

Значения в таблице 9 основаны на значениях эффективности, показанных в таблице 8, и на предположениях, что корд из выдержанной древесины весит 3492 фунта и содержит 7,160 БТЕ на фунт, мазут содержит 138000 БТЕ на галлон и что Сжиженный нефтяной газ содержит 86 000 БТЕ на галлон.Стоимость владения и эксплуатации различных систем не включена.

Надеемся, что эта публикация помогла вам лучше понять, как работает правильно спроектированная система горячего водоснабжения, и определить, можете ли вы получить выгоду от ее установки.Если вы решите построить свою собственную систему, как это сделали многие, применение рекомендаций и процедур, приведенных в этой публикации, должно помочь вам построить высокоэффективную систему. Если вместо этого вы решите приобрести одно из имеющихся в продаже устройств, эта информация должна помочь вам выбрать лучшую систему для вашего приложения и эффективно управлять ею.

Для получения дополнительной информации о применении энергии на базе древесины см. Дополнительную публикацию AG-363, Руководство по использованию энергии на базе древесины для сельского хозяйства и малых коммерческих предприятий .Кроме того, вам могут быть полезны следующие публикации:

Информационное руководство по энергии древесины. Роли, Северная Каролина: Отдел энергетики, Министерство торговли Северной Каролины, 1982 г.

Энергия древесины для малой энергетики в Северной Каролине. Роли, Северная Каролина: Отдел энергетики, Министерство торговли Северной Каролины, 1978 год.

Руководство для лиц, принимающих решения по древесному топливу для малых промышленных потребителей энергии. Голден, Колорадо: Исследовательский институт солнечной энергии, 1980.

Древесина как энергия, Обзор вопросов сельского хозяйства № 5.Вашингтон, округ Колумбия: Национальная сельскохозяйственная библиотека, Министерство сельского хозяйства США, 1984.

Водонагреватель на дровах — 1 000 000 БТЕ в час.

Водонагреватель на дровах — 2 000 000 БТЕ в час.

Майк Бойет

Philip Morris Professor
Биологическая и сельскохозяйственная инженерия

р.В. Уоткинс

Профессор
Биологическая и сельскохозяйственная инженерия

Дополнительную информацию можно найти на следующих веб-сайтах NC State Extension:

Дата публикации: янв.1, 1995
AG-398

N.C. Cooperative Extension запрещает дискриминацию и домогательства независимо от возраста, цвета кожи, инвалидности, семейного и семейного положения, гендерной идентичности, национального происхождения, политических убеждений, расы, религии, пола (включая беременность), сексуальной ориентации и статуса ветерана.

Понимание основных принципов расчета расхода

мар-2008

Размер клапана часто описывается номинальным размером торцевых соединений, но более важной мерой является расход, который может обеспечить клапан.

Джон Бакстер и Ульрих Кох
Компания Swagelok

Краткое содержание статьи

А определить расход через клапан очень просто. Используя принципы расчета расхода, некоторые основные формулы и влияние удельного веса и температуры, можно достаточно хорошо оценить расход, чтобы легко и без сложных вычислений выбрать размер клапана

Принципы расчета расхода
Принципы расчета расхода иллюстрируются расходомером с обычным отверстием (см. Рисунок 1).Нам нужно знать только размер и форму отверстия, диаметр трубы и плотность жидкости. Имея эту информацию, мы можем рассчитать расход для любого значения падения давления на отверстии (разницы между давлением на входе и выходе).

Для клапана нам также необходимо знать перепад давления и плотность жидкости. Но помимо размеров диаметра трубы и размера отверстия нам необходимо знать все размеры прохода клапана и все изменения размера и направления потока через клапан.

Однако вместо сложных вычислений мы используем коэффициент расхода клапана, который объединяет эффекты всех ограничений расхода в клапане в одно число (см. Рисунок 2).

Производители клапанов определяют коэффициент расхода клапана путем тестирования клапана водой при нескольких расходах с использованием стандартного метода испытаний2, разработанного приборным обществом Америки для регулирующих клапанов и в настоящее время широко используемого для всех клапанов.

Испытания на поток проводятся в системе прямых трубопроводов того же размера, что и клапан, поэтому влияние изменений размеров фитингов и трубопроводов не учитывается (см. Рисунок 3).

Расход жидкости
Поскольку жидкости являются несжимаемыми жидкостями, их расход зависит только от разницы между входным и выходным давлениями (Δp, падение давления). Расход будет одинаковым независимо от того, высокое или низкое давление в системе, при условии, что разница между входным и выходным давлениями одинакова. Уравнение 1 показывает взаимосвязь.
Графики расхода воды показывают расход воды как функцию падения давления для диапазона значений Cv.

Расход газа
Расчеты расхода газа немного сложнее, поскольку газы представляют собой сжимаемые жидкости, плотность которых изменяется с давлением.Кроме того, необходимо учитывать два условия: расход с низким перепадом давления и расход с высоким перепадом давления.
Уравнение 2 применяется, когда выходное давление потока с низким перепадом давления (p2) превышает половину входного давления (p1):

Графики потока воздуха с низким перепадом давления показывают поток воздуха с низким перепадом давления для клапана с Cv, равным 1,0. , заданная как функция входного давления (p1) для диапазона значений перепада давления (Δp).

Когда давление на выходе (p2) меньше половины давления на входе (p1), большое падение давления, любое дальнейшее снижение давления на выходе не увеличивает поток, потому что газ достиг звуковой скорости в отверстии, и он не может сломать это “ звуковой барьер».

Уравнение 3 для потока с большим перепадом давления проще, поскольку оно зависит только от входного давления и температуры, коэффициента расхода клапана и удельного веса газа:

Графики расхода воздуха с высоким перепадом давления показывают расход воздуха с высоким перепадом давления как функцию входного давления для диапазона коэффициентов расхода.

Влияние удельного веса
Уравнения потока включают переменные удельный вес жидкости (Gf) и удельный вес газа (Gg), которые представляют собой плотность жидкости по сравнению с плотностью воды (для жидкостей) или воздуха (для газов).

Однако на графиках не учитывается удельный вес, поэтому необходимо применить поправочный коэффициент, который включает квадратный корень из G. Получение квадратного корня уменьшает эффект и приближает значение к значению воды или воздуха, 1.0.

Например, удельный вес серной кислоты на 80% выше, чем у воды, но она изменяет поток всего на 34%. Удельный вес эфира на 26% ниже, чем у воды, но он изменяет расход только на 14%.

Воздействие удельного веса на газы аналогично.Например, удельный вес водорода на 93% ниже, чем у воздуха, но он изменяет расход всего на 74%. Углекислый газ имеет удельный вес на 53% выше, чем у воздуха, но изменяет расход только на 24%. Только газы с очень низким или очень высоким удельным весом изменяют поток более чем на 10% по сравнению с потоком воздуха.

На рис. 5 показано, как влияние удельного веса на поток газа уменьшается с помощью квадратного корня.

Влияние температуры
Температура обычно не учитывается при расчетах расхода жидкости, поскольку ее влияние слишком мало.Температура имеет большее влияние на расчеты расхода газа, потому что объем газа расширяется при более высокой температуре и сжимается при более низкой температуре. Но, как и удельный вес, температура влияет на расход только квадратным корнем. Для систем, работающих в диапазоне от -40 ° F (-40 ° C) до + 212 ° F (+ 100 ° C), поправочный коэффициент составляет всего от +12 до -11%.