Энергоэффективность полимерных труб. Часть 1

На основании результатов падения давления можно будет разделить элементы трубопроводных систем на трубы высокого и среднего качества, и спрогнозировать коэффициенты шероховатости этих двух классов. Несмотря на то, что испытания проводились на трубах конкретных марок, исследование актуально для любых трубопроводных систем, поскольку полученные результаты можно экстраполировать на трубы любых марок с аналогичными или подобными характеристиками. Вначале отметим, что циркуляционные насосы в контурах отопления потребляют энергию пропорционально массовому расходу воды и напору, необходимому для циркуляции.

Напор, необходимый для циркуляции воды, равен перепаду давления (DP) в контуре, который составлен из сети труб. Перепад давления в трубах представлен следующим уравнением: DP = f (L / d) (rV2 / 2), где f — это коэффициент трения, L — длина трубы (в метрах), V — скорость потока (в м/с), r — плотность жидкости (в кг/м3), а d — диаметр (м). f — безразмерная величина, значение которой зависит от числа Рейнольдса (Re), она рассчитывается по формуле: f = C (Re) n (2) с C и n в качестве констант. Из этого ясно, что энергопотребление любого циркуляционного насоса системы отопления зависит именно от величины f.

Энергосбережение считается важнейшей задачей во всем мире и в особенности тех, которые не занимаются добычей полезных ископаемых (таких как нефть, уголь), однако энергосберегающие технологии получили заметный импульс и в сырьевых странах, а сравнительно недавно добрались и до России. Энергия, потребляемая системами отопления, считается одной из основных энергетических потребностей. Хотя небольшая её часть расходуется электрическими приводами циркуляционных насосов, любая попытка уменьшить энергию, особенно электрическую, всегда приветствуется. Более 50% недавно построенных зданий в мире используют пластиковые трубы.

Мы не будем рассматривать здесь вопросы падения давления оборотной воды в таких сетях и размеры циркуляционного насоса, а также эффект старения, поскольку это исследование было направлено на выявление фактов падения давления и экономических последствий для различных пластиковых труб. Документ включает описание испытательного стенда, а также результаты этой работы и соответствующие выводы. Результаты включают описание перепада давления и коэффициента трения для пяти различных продуктов, которые использовались в этом исследовании, вывод констант предсказанных моделей и применение результатов, которые подчеркивают значимость этой работы.

Итак, испытательная установка представляла собой резервуар для нагрева и хранения воды, подключенный к циркуляционному насосу, работающему со скоростью до 2800 об/мин, мощностью 0,5 л.с., с перепускным клапаном. Коллектор подачи соединили с обратным трубопроводом. На этой установке испытывали пять экземпляров труб длиной 3 метра каждый. Клапаны были установлены на каждом входном патрубке. Резервуар для нагрева воды содержал электрический нагреватель 2,5 кВт с терморегулятором для поддержания выбранной температуры постоянной. Перепускной клапан насоса (с фиксированной скоростью потока) использовался для изменения скорости потока через образцы. Трубы отводили на 25 см вниз от впускных клапанов и затем ещё на 2,5 м вниз, оба крана были соединены с ртутным манометром для измерения перепада давления, который представляет собой перепад давления вдоль трубы.

Скорость потока измерялась с помощью калиброванного ротаметра с положительным смещением. Для измерения температуры воды использовались цифровые термометры с медно-константановыми термопарами. После выбора определённой температуры воды насос работал с необходимой скоростью потока через один из пяти образцов, в то время как клапаны остальных четырёх были закрыты. В тот момент, когда температура воды достигала установленного значения, записывали следующие переменные: температура, T (°C); скорость потока, Вт (л/с) и перепад давления, DP (мм). Одна и та же процедура была повторена для всех образцов для одной и той же температуры и для разных скоростей потока. Затем была выбрана другая температура, и процедура повторялась. Испытания повторяли при комнатной температуре (в данном случае было взято значение +20 °С), а также при +50 °С, +60 °С, +70 °С, +80 °С и +90 °С.