Автор Гершкович В.Ф.,руководитель Центра энергосбережения КиевЗНИИЭП, канд. техн. Наук

Рассмотрим схему циркуляционного контура системы горячего водоснабжения (рис. 1), включающую в себя только основные элементы контура, а именно, циркуляционный насос, водоподогреватель и манометры, измеряющие давления в точках Р1, Р2 и Р3.

При отсутствии водоразбора в системе ГВС манометр Р1 будет показывать давление, равное давлению в водопроводе PB, которое для упрощения анализа будем считать постоянным. Показания манометра Р2 будут отличаться от Р1 в меньшую сторону на величину гидравлических потерь PTO в теплообменнике 3 при циркуляционном расходе воды GCIRC, т/ч, а манометр Р3 покажет давление, отличающееся от Р1 на величину напора PH, развиваемого насосом 2.

где STO — характеристика сопротивления, кПа/(т/ч)2, теплообменника.

Необходимым условием циркуляции воды в системе горячего водоснабжения является неравенство:

потому что вода должна двигаться от точки с большим давлением к точке, где давление меньше. Если подставить в это неравенство выражения 2 и 3, то получим:

Это вполне логичное выражение формализует очевидный подход к выбору циркуляционного насоса с напором, который должен превышать гидравлическое сопротивление теплообменника при циркуляционном расходе воды. Насос должен еще преодолеть гидравлическое сопротивление циркуляционного контура, но в этой части задача намеренно упрощена, поскольку такое упрощение не влияет на конечный результат этого исследования.

Гидравлическое сопротивление теплообменника PTO при движении через него нагревающейся воды с расходом G, превышающим GCIRC, увеличится, и при применении низконапорного насоса в какой-то момент возникнет равенство, при котором циркуляция станет невозможной:

где РН.MAX — максимальное давление, которое способен развить циркуляционный насос при нулевом расходе.
Если подставить сюда значение PTO из выражения 4 и решить уравнение относительно G, то получим величину расхода нагревающейся воды, при котором циркуляция в системе сама собою прекратится:

Величину характеристики сопротивления STO, кПа/(т/ч)2, вычисляют по формуле:

где PTO.P — расчетное гидравлическое сопротивление теплообменника, кПа, которое фиксируется по результатам его подбора;
GP — расчетный расход, т/ч, при котором определена величина гидравлического сопротивления теплообменника PTO.P .

В условиях, когда расход воды в системе ГВС превышает величину G, вычисленную по формуле 8, циркуляционный насос будет заблокирован.

Рассмотрим конкретный пример
В системе горячего водоснабжения установлен насос, который в рабочей точке при циркуляционном расходе GCIRC = 2 м3/ч развивает напор РН = 30 кПа, а при нулевом расходе РН.MAX = 40 кПа. Расчетный  расход воды в системе горячего водоснабжения GP = 8,5 т/ч, а гидравлическое сопротивление теплообменника при этом расходе нагреваемой воды PTO.P = 50 кПа. Требуется определить, будет ли работать циркуляционный насос при расчетном расходе горячей воды в системе ГВС.

По формуле 9 определятся характеристики сопротивления STO теплообменника:
STO= 50 / (8,5)2 = 0,661 кПа/(т/ч)2.

Согласно зависимости 8, циркуляционный насос будет заблокирован при расходе:
Таким образом, циркуляция в системе ГВС прекратится еще до того, как расход воды в системе горячего водоснабжения достигнет расчетного значения, т.к. 7,78 < 8,5.

Чтобы более предметно представить ситуацию, вычислим давления Р1, Р2 и Р3 (рис. 1) при расчетном расходе GP = 8,5 т/ч, если давление воды в водопроводе РВ = 300 кПа. Пользуясь зависимостями 1-3, находим: P1 = 300 кПа, P2 = 300 - 50 =250 кПа, P3 = 300 - 40 = 260 кПа.

Таким образом, Р2 < P3, и необходимое условие циркуляции (5) в этом случае не выполняется. Вода из точки 2 в точку 3 при заданных условиях не пойдет. Она могла бы пойти в обратном направлении, если бы обратный клапан, который устанавливают после циркуляционного насоса, тому не препятствовал.

Выводы

1. Работа низконапорного циркуляционного насоса системы горячего водоснабжения в режиме интенсивного водоразбора из системы происходит при нулевом циркуляционном расходе.
2. При расчете двухступенчатых водоподогревателей горячего водоснабжения с включением водоподогревателя второй ступени в циркуляционный контур, оборудованный низконапорным циркуляционным насосом, расчетный максимальный расход нагреваемой воды в обоих контурах нужно принимать одинаковым, не добавляя величину циркуляционного расхода для второй ступени.
3. При необходимости обеспечения циркуляционного расхода при любых расходах воды рекомендуется применять насосы, способные развить достаточные давления при пиковых водоразборах с возможностью уменьшения давления в циркуляционном режиме. Такая необходимость может возникнуть в разветвленных системах горячего водоснабжения, где максимальный расход в одном кольце циркуляции может совпасть по времени с нулевым расходом в другом кольце. В этом случае нужно применять насосы с частотным регулированием подачи. ■