Классификация систем отопления

Системы водяного отопления различают:

а) по схеме соединения труб с отопительными приборами:

— однотрубные с последовательным соединением приборов;

— двухтрубные с параллельным соединением приборов;

— бифилярные с последовательным соединением сначала всех первых половин приборов, затем для течения воды в обратном направлении всех вторых их половин;

б) по положению труб, объединяющих отопительные приборы по вертикали или по горизонтали — вертикальные и горизонтальные;

в)по расположению магистралей:

— с верхней разводкой при прокладке подающей магистрали выше отопительных приборов;

— с нижней разводкой при расположении и подающей и обратной магистралей ниже приборов;

— с «опрокинутой» циркуляцией воды при прокладке обратной магистрали выше приборов;

г)по направлению движения воды в подающей и обратной магистралях:

— с тупиковым (встречным) движением воды в системе отопления

— попутным (в одном направлении) движением воды в системе отопления.

На рис. 1а) приведена схема вертикальной однотрубной системы насосного водяного отопления с верхней разводкой, с двусторонним (стояки 1, 2,4) и односторонним (стояки 3, 5) присоединением приборов к стоякам. Стояки показаны условно трех различных типов: нерегулируемого проточного (стояк 1); с замыкающими участками осевыми (стояк 2) и смещенными (стояк 3) с проходными регулирующими кранами (КРП, поставленные со стороны входа теплоносителя в приборы); проточно-регулируемого с обходными участками (стояки 4,5) с трехходовыми регулирующими кранами (КРТ).

На рис. 1б) дана схема вертикальной однотрубной системы насосного водяного отопления с нижней разводкой и П-образными стояками условно трех типов (по аналогии с рис. 1а): нерегулируемого проточного (стояк 7), регулируемого со смещенными замыкающими участками и кранами КРП (стояки 2, 2), проточно-регулируемого с обходными участками и кранами КРТ (стояки 4, 5). При непарных отопительных приборах восходящую часть стояков делают «холостой» (стояки 3, 5).

На рис. 1в) показана схема вертикальной однотрубной системы насосного отопления с опрокинутой циркуляцией воды и проточным расширительным баком. Стояки могут быть проточными (стояки 1, 5) или со смещенными обходными (стояки 2, 5) и замыкающими (стояк 4) участками. Проточный стояк 1 изображен с конвекторами типа «Комфорт-20», имеющими две горизонтально расположенные греющие трубы и регулирующий воздушный клапан.

На рис.2 приведена схема горизонтальной однотрубной системы насосного водяного отопления с ветвями условно различной конструкции. Проточная ветвь I изображена для радиаторов, установленных на двух этажах, причем радиаторы на первом этаже объединены воздушной трубой, на втором этаже снабжены воздушными кранами. Бифилярная ветвь II показана для трубчатых отопительных приборов (конвекторов, гладких и ребристых труб). Ветвь III дана для регулируемых приборных узлов с кранами КРП и замыкающими участками постоянной длины с дросселирующими вставками. Аналогично может быть выполнена ветвь с обходными участками и кранами КРТ, хотя в этом случае затруднен централизованный спуск воды.

На рис. 3 изображена схема вертикальной двухтрубной системы насосного водяного отопления с верхней (в левой части рисунка) и нижней разводкой. При нижней разводке удаление воздуха из системы может быть централизованным (через воздушную линию) и местным (через воздушные краны). В приборные узлы входят краны двойной регулировки (КРД) или краны повышенного гидравлического сопротивления — КРП с дросселирующим устройством (в системах отопления многоэтажных зданий с нижней разводкой).

Основные приборные узлы, относящиеся к горизонтальным двухтрубным системам с верхней разводкой показаны на рис. 4а), с нижней разводкой-на рис. 4б). Слева изображено змеевиковое (последовательное) соединение трубами таких приборов, как гладкие и ребристые трубы, плинтусные конвекторы, справа — присоединение колончатых радиаторов по схемам сверху-вниз (см. рис. 4,а) и снизу-вниз (см. рис. 4,б).

10.3. Последовательность проектирования системы отопления

Исходные данные для проектирования: назначение и технология, планировка и строительные конструкции здания; климатические условия и положение здания на местности; источник теплоснабжения; температура помещений.

Расчет теплового режима. Теплотехнический расчет наружных ограждений конструкций, расчет теплового режима в помещениях, определение тепловых нагрузок для отопления (см. раздел I и гл. 8).

Выбор системы. Выбор параметров теплоносителя и гидравлического давления в системе, вида отопительных приборов и схемы системы (с технико-экономическим обоснованием в необходимых случаях).

Конструирование системы. Размещение отопительных приборов, стояков, магистралей и других элементов системы. Деление системы на части постоянного и периодического действия, для позонного и пофасадного регулирования. Назначение уклона труб; схемы движения, сбора и удаления воздуха; компенсации удлинения и изоляции труб; мест спуска и наполнения водой стояков и системы. Выбор вида запор-но-регулирующей арматуры, ее размещение.

Конструирование заканчивают вычерчиванием схемы системы с нанесением тепловых нагрузок отопительных приборов и расчетных участков.

Теплогидравлический расчет системы. Гидравлический расчет системы. Тепловой расчет труб и приборов (см. гл. 9).

До гидравлического расчета проводят предварительный тепловой расчет (без учета теплоотдачи труб) отопительных приборов с греющими элементами из труб (конвекторы, змеевиковые радиаторы, бетонные панели), потери давления по длине которых заметно влияют на общие потери давления в стояках и ветвях. В этом случае предварительно выбранные размеры приборов уточняют после выполнения гидравлического расчета.

Допустимо делать окончательный тепловой расчет приборов любого вида до гидравлического расчета двухтрубных систем при скрытой прокладке труб.

После гидравлического расчета проводят сразу окончательный тепловой расчет «емкостных» отопительных приборов (радиаторы секционные и панельные колончатые, ребристые и гладкие трубы Dy = 40— 100 мм), потери давления в которых допустимо оценивать по местному сопротивлению на входе и выходе воды, а также тепловой расчет гравитационной системы отопления малоэтажных зданий.

Выбор системы отопления

При проектировании водяного отопления предпочтение отдается насосным однотрубным системам из унифицированных узлов и деталей с автоматическим пофасадным регулированием. Гравитационные системы применяют при отсутствии централизованного теплоснабжения, технико-экономическом обосновании их преимущества по сравнению с насосными или при технологической необходимости полного исключения шума и вибрации конструкций в здании.

Наиболее экономичные однотрубные системы проточного типа проектируют тогда, когда индивидуальное регулирование теплоотдачи отопительных приборов не обязательно или предусматривается установка приборов с воздушными регулирующими клапанами (например, конвекторов типа КН-20).

Однотрубные системы проточно-регулируемого типа (с кранами КРТ) используются в тех случаях, когда необходимо индивидуальное регулирование теплоотдачи приборов.

Однотрубные системы с замыкающими участками у приборов (с кранами КРП) применяют взамен проточно-регулируемых, когда требуется уменьшить потери давления в приборных узлах, несмотря на относительное увеличение площади нагревательной поверхности приборов (большее при узлах с осевым замыкающим участком, меньшее при узлах со смещенным замыкающим участком). Учитывают, что при смещенных замыкающих участках обеспечивается компенсация теплового удлинения этажестояков.

Вертикальные однотрубные системы рекомендуют для зданий, имеющих три этажа и более. Однотрубные системы с верхней разводкой устраивают для обеспечения централизованного удаления воздуха из системы вне рабочих помещений.

Однотрубные системы с нижней разводкой применяют в бесчердачных зданиях с техническими подпольями и подвалами, а также при необходимости поэтажно включать систему в действие в процессе строительства здания.

Однотрубные системы с опрокинутой циркуляцией воды устраивают преимущественно в зданиях повышенной этажности, в зданиях с обогреваемыми чердачными помещениями (с «теплыми» чердаками) или верхними техническими этажами. В таких системах рекомендуют применять отопительные приборы с греющими элементами из стальных труб (например, конвекторы).

Однотрубные системы следует разделять на две последовательно соединенные части, когда расчетная разность температуры воды превышает 45°С (например, 130-70°С).

Горизонтальные однотрубные системы рекомендуется применять в протяженных зданиях, в зданиях с ленточным остеклением, в зданиях, где каждый этаж имеет различное технологическое назначение или тепловой режим.

Бифилярные системы целесообразно устраивать при одинаковых тепловых нагрузках приборов, при автоматическом поддержании заданной температуры помещений путем пофасадного (вертикальные системы) или поэтажного (горизонтальные системы) количественного регулирования теплоотдачи отопительных приборов.

Вертикальные насосные двухтрубные системы с нижней разводкой могут применяться в зданиях, состоящих из разноэтажных частей, с установкой у отопительных приборов кранов КРД (малоэтажные здания) или КРП с дросселирующим устройством, т.е. повышенного гидравлического сопротивления (многоэтажные-до восьми этажей — здания), а также при установке индивидуальных автоматических регуляторов у каждого отопительного прибора.

Двухтрубные системы с верхней разводкой можно устраивать в малоэтажных зданиях (один-два этажа), особенно при естественной циркуляции воды. Такие системы используются для квартирного отопления при радиусе действия не более 15 м по горизонтали. Применения горизонтальных насосных двухтрубных систем следует избегать; при выборе по необходимости такие системы делают с попутным движением воды в магистралях.

Для сокращения длины и диаметра магистралей вертикальные системы отопления многоэтажных зданий рекомендуется применять с тупиковым движением воды, особенно если предусматривается автоматическое пофасадное регулирование. В насосных системах значительной протяженности при малой тепловой нагрузке стояков следует использовать для увязки потерь давления в параллельно соединённых участках (если расхождение при тупиковом движении воды превышает 15%) попутное движение воды в магистралях.

Схемы вертикальных стояков системы водяного отопления

Вертикальные стояки присоединяют к горизонтальным магистралям и устраивают однотрубными и двухтрубными. Сравнивая однотрубные стояки с двухтрубными в системе водяного отопления, можно установить экономическое и производственное преимущества однотрубных стояков (особенно проточных), возрастающие по мере увеличения высоты зданий.

Эксплуатационное достоинство однотрубных стояков — их тепловая надежность объясняет их преимущественное использование в современной насосной системе водяного отопления.

Вертикальная однотрубная система. Вертикальные однотрубные стояки при верхней разводке подающей магистрали, применявшиеся еще в XIX в., получили широкое распространение 20-25 лет назад (с начала 50-х годов). На рисунке даны схемы такого стояка с одно- и двухсторонним присоединением отопительных приборов. Стояк представлен для 4-этажного здания с различными типами приборных узлов, в верхнем этаже — с проточным движением воды через отопительные приборы, в третьем этаже — с осевыми замыкающими участками, во втором этаже — со смещенными замыкающими участками и в нижнем этаже — проточно-регулируемого типа с трехходовыми кранами на смещенных обходных участках. Здесь (и далее) однотрубный стояк для наглядности и компактности изображения условно показан сборным, состоящим из приборных узлов различного типа. Обычно в стояке преобладает какой-либо один тип обвязки трубами отопительного прибора.

Относительные расход труб и площадь отопительных приборов, %, в насосной системе водяного отопления 5-этажного жилого здания

Вертикальные двухсторонние стояки	Длина труб	Масса труб	Площадь отопительных приборов
Двухтрубные	100	100	100
Однотрубные:
— с замыкающими участками	73	84	104
— проточные	70	80	98

Вертикальные однотрубные стояки при верхней разводке подающих магистралей применяют в многоэтажных зданиях, имеющих четыре — девять и более этажей.

Вертикальные однотрубные стояки при нижней прокладке обеих магистралей, так называемые П-образные стояки, стали распространяться около 15 лет назад (с 1960 г.) в связи с массовым строительством бесчердачных зданий. На рисунке приведена общеупотребительная схема П-образного стояка для 3-этажного здания при теплоснабжении деаэрированной водой. В нижнем этаже показано проточное движение воды через отопительные приборы, в среднем этаже изображены узлы со смещенными замыкающими участками и в верхнем — проточно-регулируемые узлы с трехходовыми кранами. На отопительных приборах верхнего этажа устанавливают воздушные краны, как показано на рисунке.

На рисунке показана схема вертикального бифилярного П-образного стояка, который получил распространение в последние годы в панельном строительстве жилых зданий. В этом стояке отопительный прибор каждого помещения делится на две части — одна (слева) с количественным регулированием теплопередачи, другая (справа) нерегулируемая, проточная. В верхнем этаже предусматривается воздушное регулирование теплопередачи проточного отопительного прибора.

В схеме П-образного однотрубного стояка, изображенной на рисунке, сочетаются преимущества движения воды в отопительном приборе сверху вниз и нижней прокладки обеих магистралей. Восходящую (холостую) часть стояка при этом можно замоноличивать в строительные конструкции здания и превращать в дополнительный панельный проточный отопительный прибор. Присоединение труб к прибору в верхнем этаже показано по схеме.

Схемы вертикальных однотрубных стояков при верхней разводке подающей магистрали с односторонним а и двухсторонним б присоединением отопительных приборов

Схемы вертикальных однотрубных стояков при нижней прокладке обеих магистралей

а — П образный, б — П-образный бифилярный, в — П-образный с «холостой» восходящей частью.

Вертикальные П-образные однотрубные стояки применяют в бесчердачных многоэтажных (три — семь этажей) зданиях, имеющих техническое подполье или подвал. Бифилярные стояки преимущественно используют в полносборном строительстве при внедрении бетонных отопительных панелей, совмещенных со строительными конструкциями, и пофасадного автоматического количественного регулирования их теплопередачи. При строительстве здания в зимнее время система отопления с П-образными стояками может включаться в действие постепенно — поэтажно по мере начала внутренних отделочных работ.

Вертикальные однотрубные стояки при нижней разводке подающей магистрали и верхней прокладке обратной, так называемые стояки с «опрокинутой» циркуляцией воды, стали применять около Шлет назад (с 1965 г.) в зданиях повышенной этажности (девять и более этажей).

На рисунке показана схема однотрубного стояка с «опрокинутой» циркуляцией воды с проточным узлом в нижнем этаже, со смещенным замыкающим участком во втором этаже и с проточно-регулируемым узлом в верхнем этаже. Преимуществом применения этой схемы является улучшение теплового режима высоких зданий и возможность стандартизации размеров отопительных приборов (когда темп охлаждения воды в стояке соответствует степени уменьшения теплопотерь однотипных помещений по вертикали). Недостатком является некоторое увеличение площади поверхности отопительных приборов при движении воды в них снизу вверх по сравнению с площадью при подаче воды сверху, а также возможность нарушения циркуляции воды при незначительном сопротивлении стояков (под влиянием различного естественного циркуляционного давления в стояках).

Для большинства рассмотренных схем вертикальных однотрубных стояков характерно одностороннее присоединение отопительных приборов к стояку. Хотя при этом и увеличивается число стояков, однако это позволяет унифицировать узлы обвязки отопительных приборов как по диаметру, так и по длине труб, что необходимо для интенсификации производства при массовом обезличенном изготовлении. Следует также учитывать, что отопительные приборы из гладких труб малого диаметра (здесь им уподобляются трубы стояков) обладают максимальным коэффициентом теплопередачи в сравнении с отопительными приборами других видов. Следовательно, при увеличении числа открыто прокладываемых стояков уменьшаются размеры основных отопительных приборов.

Схема вертикального однотрубного стояка при нижней разводке подающей и верхней прокладке обратной магистрали

Схемы вертикальных двухтрубных стояков при верхней разводке подающей магистрали (слева — столбовая, справа — цепочечная)

Схемы вертикальных двухтрубных стояков при нижней прокладке обеих магистралей

а — столбовая с воздушными кранами 1 в отопительных приборах верхнего этажа; б — цепочечная с воздушной трубой 2.

Вертикальная двухтрубная система. Вертикальные двухтрубные стояки при верхней разводке подающей магистрали применяют в основном при естественной циркуляции воды в системе отопления. При насосной циркуляции воды из-за тепловой ненадежности их используют в системе отопления малоэтажных зданий (два-три этажа).

На рисунке приведены схемы вертикальных двухтрубных стояков при верхней разводке с односторонним (столбовая) и двухсторонним (цепочечная) присоединением труб к отопительным приборам. При столбовой (более распространенной) схеме подающий и обратный стояки прокладывают рядом (на рисунке — слева), при цепочечной — разобщенно (справа).

Вертикальные двухтрубные стояки при нижней прокладке обеих магистралей (наиболее распространенная схема вертикальных стояков в зарубежной практике) применяют в малоэтажных (с кранами двойного регулирования у отопительных приборов) и в многоэтажных (с кранами повышенного сопротивления) зданиях. Расширенная область применения объясняется большей гидравлической и тепловой надежностью, таких стояков по сравнению с двухтрубными стояками при верхней разводке подающей магистрали.

На рисунке даны схемы вертикальных двухтрубных стояков при нижней прокладке магистралей также с односторонним (столбовая) и двухсторонним (цепочечная) присоединением труб к отопительным приборам. В верхнем этаже присоединение труб показано в столбовой схеме с использованием воздушных кранов, в цепочечной схеме — при наличии воздушной трубы. Столбовая схема отличается обособлением парных стояков и применением скоб на них для огибания горизонтальных подводок к приборам.