Элеватор в системе отопления дома.

 В данной статье рассматривается проблема в проектировании «Элеваторных узлов систем отопления» с присоединением к наружных тепловых сетей.

Сам «элеватор»- это уже уходящая натура, доставшаяся нам в качестве наследия ещё из СССР.

За более чем 20 лет проектирования систем отопления мне ни разу не пришлось проектировать системы отопления с элеваторным узлом.

Сейчас в ИТП просто ставят циркуляционный насос  и регулятор расхода теплоносителя с сервоприводом от погодозависимой автоматики, и уже никто не мучается с подбором элеватора.

Но именно отсутствие реального использования в современных проектах этого  морально устаревшего узла и позволяет  разобрать на его примере серьёзную проблему в теоретической гидравлике.

Элеватор в  ИТП дома- это тот же самый водоструйный насос, но с большим коэффициентом подмеса  и малой скоростью потока в отводящей трубе.

После публикации двух предыдущих статей про «вакуумный струйный насос»  (https://habr.com/ru/articles/811593/ )

и про «водяной водоструйный насос»  (https://habr.com/ru/articles/815985/ ) оказалось, что осталась нерассмотренной роль  конического раструба- диффузора в работе водоструйных насосов.

Физические принципы работы конического диффузора

Диффузор в водоструйных элеваторах оказался весьма загадочной штукой, принцип  работы которой не очень понятен в рамках «общепринятой теории».

В прикладных расчётах  элеваторов отопления или в толстых монографиях по широкой группе «струйных насосов» про «теорию работы диффузоров»  вообще не говорят, а стараются ограничиваться эмпирическими формулами, которые как-то попадают в фактические характеристики работы струйных насосов.

 Характеристики  водо-водяных струйных насосов и   гидроэлеваторов. Принцип  работы гидроэлеватора с функцией вакуумного насоса.

После публикации статьи про лабораторный «водоструйный вакуумный насос» возникла  теоретическая основа для рассмотрения  принципа работы и более широкой группы водо-водяных «струйных эжектирующих насосов».

Про вакуумные гидроструйные насосы (см. ссылку).

К этой группе водо-водяных струйных насосов относятся также и «элеваторы» для систем отопления.

При всей простоте конструкции водоструйных насосов есть некоторые  отличия от вакуумных водоструйных насосов, затрудняющие  анализ их работы.

Начнём с простейших водоструйных насосов.

Струйными насосами могут быть как водо-водяные, так и водо-газовые или газо-газовые насосы (см.рис.1.)

Струйные насосы-эжекторы

В статье про тепловые узлы домов уже рассматривался элеваторный узел как вариант использования водоструйного насоса с приводом от напора тепловых сетей.

Элеватор вовсе не уникальное устройство, а лишь одна из версий применения широко известного  семейства «струйных насосов».

Такими струйными насосами могут быть как водо-водяные, так и водо-газовые, газо-водяные или газо-газовые насосы. (см.рис.1.)

Рассмотрение вопроса скорости истечения воздуха под высоким давлением из малого отверстия в вакуум по материалам учебников для ВУЗовской специальности «Криогенная техника».

В комментариях к  одной моей предыдущей  статье «Дросселирование воздуха. Истечение воздушной струи из ресивера в атмосферу со сверхзвуковой скоростью» разгорелась бурная дискуссия с читателем @IGOR_KULIKOV.

Прочитать её можно по ссылке:

https://habr.com/ru/articles/768916/

Спасибо, Игорь, за ценные замечания!

В результате по рекомендации Игоря Куликова я нашёл учебник :

В.И. Иванов «ВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА» 2016г, ГУ ИТМО

Привожу скрины страниц из этого  учебника (см.рис.1-4)

Как поддерживается  постоянство  температуры в помещении при радиаторном отоплении?

Для поддержания постоянной температуры в наших домах зимой требуется регулировать  мощность отопления в домах и квартирах при изменении температуры на улице.

Достигается это применением так называемого «погодозависимого графика теплоснабжения».

Так известно, что потери тепла через наружные стены и окна линейно зависят от перепада температуры между улицей и помещением.

То есть чем больше перепад температуры с улицей, тем больше тепла нужно подавать в помещение для компенсации этих теплопотерь.

Для водяных радиаторных систем отопления этот «погодозависимый график теплоснабжения» выражается в линейном графике температуры подаваемой в радиаторы воды от температуры на улице (см.рис.1.)

Такой график поддерживается в системе водяного отопления с помощью специальных систем автоматического регулирования, которые располагаются в котельной частного дома в ИЖС,  в ИТП отдельного многоквартирного дома или в ЦТП городского микрорайона.

Отопление мегаполиса Москва от ТЭЦ. Массовая застройка «спальных районов» - как успешная реализация коммунистической утопии «общества всеобщего равенства».

В предыдущей статье были рассмотрены вопросы  генерации и распределения электричества в большой стране.

https://habr.com/ru/articles/800317/

Теперь же рассмотрим вопрос теплоснабжения мегаполиса Москва в увязке с электрогенерацией на ТЭЦ.

Россия – это единственная страна в мире, где присутствует стабильное отопление в жилье, причём централизованное на весь город.

Центральное отопление в мегаполисе- это весьма яркое и важное достижение социализма в СССР, обеспечившее высокий стандарт качества  жизни широким слоям населения.

В тоже время  в капиталистических страна тепло в домах зимой  является предметом неслыханной роскоши. Так в Великобритании центрального  отопления в домах вообще практически нет.

Как устроена городская система теплоснабжения в мегаполисе Москва.

В качестве основного источника тепла на отопление и нагрев ГВС в Москве используются городские ТЭЦ и в дополнение к ним отдельные районные или индивидуальные котельные.(см.рис.1)

Кто и как нам обеспечивает постоянное наличие 220 вольт в розетке и тепло в батареях зимой?

В википедии по запросу  «Энергетика Москвы» можно узнать следующую информацию:

«По состоянию на начало 2021 года, на территории Москвы эксплуатировалась 41 электростанция общей мощностью 10 865 МВт, в том числе три гидроэлектростанции, 32 тепловые электростанции (в том числе 16 энергоцентров, обеспечивающих энергоснабжение отдельных предприятий), три мусоросжигательных завода с попутной выработкой электроэнергии, две электростанции на биогазе и один пневмоэлектрогенераторный энергоблок. В 2019 году они произвели 52 559 млн кВт·ч электроэнергии[1][2][3]. Основное топливо: природный газ.

Общая тепловая мощность источников теплоснабжения, расположенных на территории Москвы, составляет 54 86 1 Гкал/ч.»

По информации из этой обзорной статьи мы имеем две цифры мощности: 10 865 МВт  электрической  и 54 86 1 Гкал/ч тепловой генерации , которые надо сравнить.

Нужно ещё сделать  пересчёт для разных единиц мощности МВт и 1 Гкал/ч, чтобы сравнивать в единой размерности.

 1 Гкал/ч - это мощность, равная  энергия для нагрева 1 миллиарда грамм воды на 1 градус за один час, что эквивалентно  мощности электрической энергии:

  Nэл  =1*4,19*10^9/3600 =1,164 МВт /( Гкал/ч)

Тогда тепловая мощность  при переводе на МВт будет равна:

54 861 Гкал/ч = 54 861*1,164=63 858МВт

То есть в г Москве мощности на отопление и  электроэнергию относятся как:

=63 858/10 865= 5,88

Получается почти 6-ти кратное отношение  максимальных мощностей  потребляемой в Москве электрической и тепловой энергии, причём с перевесом почти в 6 раз в пользу тепловой энергии.

Островерхая скатная и плоская крыша дома в ИЖС: Битва архаично-романтичного  «дизайна» с инженерной рациональностью.

Крыша дома в частном секторе- это не только инженерное сооружение, но и главный элемент внешнего вида здания в целом.

Если учесть, что частный дом в значительной степени строят ради «показать себя», то его крыша становится скорее ярмаркой тщеславия, чем ответственной инженерной конструкцией. (см.рис.1.)

Отопление тепловыми насосами

Продолжим обсуждение способов экономичного отопления в ИЖС без использования трубного газа.

Ранее были рассмотрены варианты отопления электричеством и отопления с применением СУГ.

Экономика загородного дома. Как утеплить дом и не разориться?

По желанию читателей решил рассмотреть и вариант отопления с помощью «кондиционеров на тепло».

То есть нужно рассмотреть простую и дешёвую систему получения халявного тепла на отопление от и так уже установленного для лета кондиционера, который простым нажатием кнопки на пульте начнёт выкачивать тепло из воздуха холодной улицы, переправляя его внутрь отапливаемого домика.

Изначально предполагается использовать именно самую дешёвую версию сплит‑кондиционера, у которого компрессорно‑конденсаторный блок (далее ККБ) установлен на улице.

Идея сама по себе увлекательная, но содержит в себе ряд подводных камней, не очень афишируемых в рекламных проспектах.

Рассмотрением этих незаметных или преднамеренно скрываемых препятствий мы и займёмся в этой статье.

Экономичное отопление. Как утеплить дом и не разориться?

Каждый городской житель мечтает о загородном доме.

Тишина, свежий воздух!

И тут же вы едете смотреть участок земли в превосходном живописном и экологичном месте.

Вопрос стоимости отопления загородного дома‑ это та проблема, которую начинают решать уже ввязавшись в стройку на уже купленном участке земли в живописном месте.

И тут внезапно выясняется, что газа нет!

Что это означает?

Это означает, что у вас в наличии 15 кВт подключенного электричества на все хозяйственные нужды, включая отопление.

15кВт — много это или мало?

Ответ как обычно прячется в самом вопросе, а именно: Смотря для чего?

Ниже приведён проект реального одноэтажного дома. (см.рис.1–2)

«Тёплые полы» в квартирах- это модная тема в ремонте ещё с 1990-х.

Сейчас тема сильно развилась, так как резко увеличилось количество специалистов, желающих такие полы построить из современных материалов.

Многие владельцы квартир хотят устроить тёплые полы с подключением к общедомовым системам отопления, а управляющие компании этих ЖК такое усложнение систем не хотят разрешать.

Кто тут прав?

Новая теория всегда должна давать качественные преимущества перед старой теорией, иначе в новой теории нет никакого практического смысла.

В случае сравнения СТГ (статическая теория газов) с традиционной КТГ (кинетическая теория газов) таким качественным преимуществом является возможность рассматривать отдельную молекулу газа  с сохранением всех свойств газа (Р, V, Т) и всех известных действующих законов состояния газов, например: закон Бойля- Мариотта и закон Клайперона-Менделеева (См.рис.1-2).

Почему лёд скользкий?

Мы все знаем, что лёд скользкий.

Но видим  именно скользкий лёд и ощущаем на себе его скользкость мы только в достаточно ограниченном числе типовых ситуаций.

Так обычно это бывает в условиях «гололёда», когда твёрдую дорогу  покрывает тонкий слой льда.

Такой  тонкий слой льда обычно возникает при выпадении дождя на холодный асфальт после резкого заморозка.

Больше всего «гололёдных» ситуаций  случается в начале зимы до выпадения снега, или в оттепель среди зимы.

При сильно отрицательных  температурах даже чистая поверхность речного льда  перестаёт быть скользкой. (см.рис.1.)

Почему никто не ссылается на «кинетическую теорию газов» при объяснении упругих звуковых волн в воздухе, но при этом физику упругости «твёрдого тела» объясняют через уравнения газовой динамики?

Мы постоянно окружены воздухом и звуками в нём.

Воздух и звук — это неотъемлемая часть нашей жизни, но и то и другое мы не в состоянии увидеть.

Без воздуха мы бы умерли, так как перестали бы дышать.

Без способности слышать звуки мы лишились бы средства общения между людьми и потока информации о внешней среде.

Так что спорить о существовании воздуха и звука не приходится.

Другой вопрос в том, что не очень понятен принцип устройства самого воздуха и механизм передачи звука в нём.

Гравитационная тяга в системе отопления и естественная тяга в вентиляции зданий

Гравитационная или естественная тяга- это явление, которое своими проявлениями нас окружает постоянно.

Именно ему мы обязаны сквознякам из окон зимой и быстрому таянью льда на водоёмах весной.

Ветер на улицы- это тоже следствии наличия гравитационной тяги в больших объёмах атмосферы планеты.

В данной статье мы разберём гравитационную тягу только в ограниченных объёмах рукотворных объектов, а именно: трубы систем водяного отопления и системы вентиляции высотных зданий.

Гравитационная тяга в трубах водяного отопления.

Гравитационная тяга в трубах отопления в чистом виде используется на пользу человека в безнасосных системах водяного отопления небольших сельских домов.

Ранее я слегка касался этой темы в статье про попутные и тупиковые системы отопления (см. статью по сылке).

https://habr.com/ru/articles/770464/

Теперь же стоит разобрать вопрос подробнее.

В гравитационной системе отопления циркуляция воды в замкнутом  контуре из труб и радиаторов обусловлена постоянно присутствующей разницей плотности воды в горячих и холодных участках труб. (см.рис.1)

Двухтрубные системы отопления тупикового и попутного типа. В чём разница и что об этом говорят современные строительные нормы.

Ранее в одной из статей я уже рассказывал об однотрубных системах отопления.

Теперь настала очередь рассмотреть особенности проектирования и эксплуатации двухтрубных систем, которые крайне популярны у частных домовладельцев в ИЖС.

Так же двухтрубные вертикально-стояковые системы отопления пытаются применять и в многоквартирных домах.

Далее мы рассмотрим гидравлический расчёт систем для одного этажа частного дома с периметром в те же 50м для дом 10х15м по внутренним стенам (150м.кв на этаж).

А позже попытаемся применить те же подходы для максимальной высоты 50м в стояковой системе высотного дома.

Тупиковая система

Тупиковой схемой системы отопления называют такую схему, где трубы подачи и обратки выходят из одной начально точки, а сами трубы идут параллельно друг другу.

Для выяснения особенностей истечения воздуха из малого отверстия была собрана заново старая установка пневматического реактивного двигателя (ПРД) (см.рис.1.)

В прошлом эксперименте значения давления обрывались на 2,5бар, что объяснялось наличием в ресивере мембраны с предварительным давлением 2,5бар. Это позволяло  не стравливать лишний воздух на малоинтересный тогда уровень низких давлений.

Теперь же предварительное давление было стравлено из-под мембраны через клапан ресивера, тем самым  сделав доступным диапазон рабочих давлений 0,5-2,5бар в ресивере. Результаты экспериментов оформлены в виде графика (см.рис.2).

После очередного запроса Яндексу про холодильную технику в подборке вывалилась ссылка на статью с Хабра про  вихревую трубку на эффекте Ранка-Хилша. При этом самым интересным было то, что непонятно как она работает, генерируя холодный воздух из сжатого воздуха от компрессора.

https://habr.com/ru/companies/ruvds/articles/558356/

Статья меня зацепила, и я решил разобраться с эффектом Ранка-Хилша с позиций полученных мною ранее данных об истечении сверхзвуковой струи в атмосферу  из малых отверстий ресивера под давлением 2-6 атм. (см. мою статью на Хабр). https://habr.com/ru/articles/699564/

В первые о вихревых трубах и их странной работе  я услышал  20 лет назад в 2003 году, но тогда ещё не было так хорошо развитого интернета, чтобы легко и быстро получить нужную информацию. Всё что удалось узнать, так это то, что с 1931 года эффект известен, но толком до сих пор не объяснён.

Тем не менее сам эффект и построенные на нём устройства используются в промышленности для целей локального охлаждения чего- либо, например: охлаждение режущего инструмента (резцы, свёрла и т.д.) в случаях невозможности применения  смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). А само охлаждающее устройство называется «Вихревая трубка Ранка-Хилша».

Далее в тексте  статьи  вихревые трубки на эффекте Ранка-Хилша будем сокращённо называть ВТР.

Почему «уравнение Бернулли» неприменимо в авиации и судостроении

Когда изучаешь предмет «Гидравлика» в ВУЗе, то там всегда рассматривают трубопровод с реальными размерами и твёрдыми стенками,  по которому течёт вода от одного конца трубы  до другого. Для этих реальных  условий и было записано « Уравнение Бернулли» самим Бернулли ещё в 18 веке.

В исходном уравнении в правой части всегда присутствует дополнительный член- Lтрен, равный потерям на гидравлические сопротивления между двумя исследуемыми сечениями (вязкое трение самой жидкости, местные препятствия на стенках). (см.рис.1)

Версия без уравнения Бернулли.

История с «феноменом» присасывания судов друг другу при обгоне на малых  расстояниях началась в далёком 1911 году, когда столкнулись гигантский суперлайнер того времени «Олимпик» (старший брат «Титаника») и крейсер ВМС Британии «Хоук».

Действия происходили так:

Крейсер "Хоук" шел попутным курсом на расстоянии около 3,5 миль (6,5 км) от «Олимпика».

Через какое то время, крейсер нагнал «Олимпик», и они пошли почти параллельными курсами, под небольшим углом друг к другу, медленно сближаясь. Оба судна шли со скоростью 15 узлов (около 28 км/час).

Потом произошло нечто необъяснимое: Внезапно крейсер «Хоук» резко вильнул влево и, как писали многочисленные газеты, буквально «бросился» на «Олимпик».