Теплогенераторы, разводящие трубы, стояки, отопительные приборы систем водяного отопления находятся в помещениях здания в непосредственной доступности и близости к людям, что предъявляет к оборудованию ограничительные требования по целому ряду санитарно-гигиенических параметров. Они должны быть прочными, плотными и надежными при монтаже и эксплуатации, не допускающими разрывы и затопления помещений, загазовывания, задымления, загрязнения (запыления) воздуха помещений, быть взрыво- и пожаробезопасными; должны обеспечивать нормируемые температурные уровни воздуха в помещении и наружных ограждающих конструкциях при всех температурах наружного воздуха в отопительном периоде; быть бесшумными (уровень звукового давления не должны превышать 35 дБ по шкале "А" в ночное время); быть регулируемыми в обслуживании, доступными и удобными для ремонта, уборки и очистки от пыли и мусора; не выделять в помещения ядовитые газы, пары и неприятные запахи.
Эти требования должны быть учтены и отражены в проектах на строительные задания, проверены на эффект при приемке в эксплуатацию,оформлены соответствующими документами (в том числе составлен энергетический паспорт здания) и соблюдаться при дальнейшей эксплуатации.
По способу циркуляции теплоносителя (воды) в системах отопления они делятся на системы с естественной (гравитационной) и с насосной циркуляцией; а по конструкции стояков и схеме присоединения к ним отопительных приборов - на однотрубные и двухтрубные системы.
Системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя.
Для систем отопления с естественной циркуляцией характерна небольшая протяженность трубопроводов и малые гидравлические потери. Располагаемое давление для циркуляции воды определяются разностью массовых плотностей охлажденной и горячей воды и высотным расположением отопительного прибора относительно центра теплогенератора:
Hе.ц.= gh(ρ2 - ρ1), Па, (5)
где ρ2 и ρ1 - объемные плотности охлажденного (в обратной линии) и горячего теплоносителя (в подающей линии), кг/м3, g - ускорение свободного падения, 9,8 м/с2; h - высота расположения центра отопительного прибора относительно центра теплогенератора.
Патент не изобретение такой системы был в 1832 году выдан русскому инженеру-металлургу, члену корреспонденту Российской академии наук П.Г. Соболевскому.
На рисунке показана схема квартирной системы водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя.
1 - теплогенератор;
2 - подъемный трубопровод;
3 - расширительный бак;
4 - горизонтальный распределительный трубопровод;
5 - вертикальный стояк;
6 - отопительные приборы;
7 - обратный трубопровод;
8 - трубопровод с вентилем для наполнения системы водой;
9 - патрубки с вентилем для опорожнения системы от воды;
10 - отвод воздуха и излишков воды;
11 - раковина, соединенная с канализацией.
Примем, что в квартирной системе отопления высота расположения центра отопительного прибора относительно центра теплогенератора (котла) h=0.3м, из местного нагревателя выходит горячая вода с t1 = 90oC при ρ1 = 965 кг/м3.
После охлаждения в трубах и отопительных приборах обратная вода имеет t2 = 60oC при ρ1 = 983 кг/м3. Развиваемый напор естественной циркуляции в системе квартирного отопления равен:
Hе.ц.= 9,8*0,3*(983-965)=52,9 Па.
По виду монтажа трубопроводов систем отопления они подразделяются на одно- и двухтрубные. (Не следует путать понятия "двухпоточная", "однотрубная", "двухтрубная": первое характеризует направление потоков теплоносителя, "цикличность" их в системе, а последние - только способы соединения трубопроводов с отопительными приборами при соблюдении цикличности). По месту расположения распределительного горизонтального трубопровода горячей воды подразделяются на системы отопления с верхней и нижней разводкой, а также горизонтального размещения.
На рисунке показаны традиционные схемы двухтрубных и однотрубных систем центрального водяного отопления зданий от автономных (домовых) котельных с естественной (гравитационной) циркуляцией и открытым расширительным баком. Для них характерны небольшие протяженности трубопроводов, низкие гидравлические напоры и потери давления. 1 - отопительный прибор, 2 - обратная линия, 3 - котел, 4 - раковина, 5 - ручной насос, 6 - подающая линия, 7 - кран двойной регулировки, 8 - воздушная линия, з - переливная труба, 10 - контрольная труба, 11 - расширительный бак, 12 - главный стояк, 13 - тройник с пробкой, 14 - пробочный кран, 15 -трехходовой кран.
Двухтрубные гравитационные системы применяют в зданиях с автономной котельной мощностью до 200 кВт при радиусе действия до 50 м и вертикальном расстоянии от центра отопительного прибора первого этажа до центра котла не менее 0,3 м.
Располагаемое давление для циркуляции определяется разностью в показателях удельного веса охлажденного и горячего теплоносителей. Оптимальный расчетный температурный перепад теплоносителя для таких систем был рассчитан как Δt = 95-70oC.
Для однотрубных гравитационных систем отопления с большим гравитационным давлением, чем в двухтрубных (при одинаковых параметрах теплоносителя и высотной схеме систем) мощность автономной котельной может достигать 250 кВт, а радиус действия 70м.
Исследованиями АКХ была показана возможность устройства гравитационных систем отопления в многоэтажных и высотных зданиях от центральных тепловых пунктов (ТЦП).
В двухтрубных системах отопительные приборы подключаются к стоякам по параллельной схеме относительно друг друга, поэтому теплоноситель к ним приходит с одинаковой для всех температурой (если пренебречь небольшим выстыванием в подводящих трубопроводах). Такие системы более удобны при индивидуальной, местной автоматической регулировке получения теплоты, они позволяют устанавливать и использовать приборы индивидуального, поквартирного учета теплоты.
Из формулы (5) следует, что естественный напор в системе отопления зависит от высоты размещения отопительного прибора относительно центра котла, а также от текущей плотности (температуры) воды в трубопроводах. Покажем это наследующем примере: для нижнего отопительного прибора в двухтрубной системе отопления (рис.6) с наихудшими условиями циркуляции, в климате средней полосы действующий напор составит:
- в начале отопительного сезона при tн = 5оС; h = 3 м; температуре воды по графику в котле tг = 47оС и после отопительногоприбора t0 = 39oC, po39 = 993.8 кг/м3; pг47 = 989,4 кг/м3;
H = 3 - (993.8 - 989.4) = 13.2 кгс/м2 = 13,2 мм вод. ст. = 132 Па;
- в расчетном режиме при tн = -28оС; h = 3 м; температуре воды по графику в котле tг = 95оС и после отопительного прибора t0 = 70oC, po70 = 977,8 кг/м3; pг95 = 961,9 кг/м3;
H = 3 - (977,8 - 961,9) = 47,7 кгс/м2 = 47,7 мм вод. ст. = 477 Па;
Для прибора на втором этаже он будет равен 264 и 954 Па, возрастая соответственно для приборов выше расположенных этажей.
Как следует из расчета, с ростом температуры воды циркуляционный напор для нижнего прибора возрастает к холодам в 477/132=3,6 раза, что свидетельствует о необходимости периодической регулировки работы прибора и двухтрубной системы в целом, для чего на приборах устанавливают регулировочные краны и терморегуляторы.
Двухтрубные системы водяного отопления вновь востребованы сейчас, в условиях рыночной экономики, при устройстве квартирных отопительных систем и в индивидуальном домостроении.
В послевоенное время основополагающим принципом в советском градостроении было требование экономии капитальных затрат, в том числе и на санитарно-техническое устройство зданий. Это вызвало к жизни однотрубные системы отопления как более дешевые и удобные в монтаже. Они в виде готовых заводских монтажных узлов получили преимущественное применение в массовом высотном строительстве с присоединением через ТП или ЦТП к системам теплофикации от ТЭЦ и в системах с насосной циркуляцией сетевой воды от РТС, КТС.
В однотрубных системах отопительные приборы подключаются к стоякам последовательно друг за другом цепочным способом, при этом последующий прибор по ходу теплоносителя получает его уже частично остывшим, то есть с более низкой температурой, чем предшествующий. Для отдачи одинакового с первым количества теплоты он должен иметь несколько большую поверхность. Выгадывая на длине труб, однотрубные системы требуют несколько большей поверхности отопительных приборов (таблица 1).
74
72
93
91
108
98
Для удобства теплового и гидравлического регулирования по этажам в них стали предусматривать устройства замыкающих участков с установкой трехходовых кранов ручного регулирования, а в последние годы - автоматических терморегуляторов. Это позволило производить местное ручное или автоматическое (по внутренней температуре) регулирование отпуска теплоты.
Однотрубные вертикальные системы монтируются, как правило, с верхней разводкой, реже применяется и нижняя.
Нижняя разводка...
