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.

Классификация систем отопления

Отопительная установка для осуществления возлагаемых на нее задач выполняется из отдельных технологически связанных частей, составляющих систему отопления. Система отопления — это комплекс конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепла во все обогреваемые помещения.

Основные конструктивные элементы системы отопления (рисунок):

• теплообменник 1 — элемент для получения тепла при сжигании топлива или от другого источника 4;
• отопительный прибор 2 — элемент для передачи тепла в помещение;
• теплопровод 3 — элемент для переноса тепла от теплообменника к отопительному прибору.

Перенос тепла может осуществляться при помощи жидкой или газообразной среды. Жидкая (вода) или газообразная (пар, воздух, газ) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем. В зависимости от вида теплоносителя системы отопления подразделяются на водяные, паровые, воздушные и газовые.

При использовании для отопления электричества тепло может переноситься также через твердую среду.

Системы отопления подразделяются на две группы: местные и центральные. В местных-системах для отопления одного помещения все три основных элемента конструктивно объединены в одной установке, непосредственно в которой происходят получение, перенос и передача тепла в помещение. Теплопереносящая среда нагревается горячей водой, паром, электричеством или при сжигании какого-либо топлива. Передача тепла осуществляется излучением и свободной или вынужденной конвекцией.

Характерным примером местной системы отопления является отопительная печь (рисунок). Тепло, полученное при сжигании топлива (твердого, жидкого или газообразного) в теплообменнике — топливнике 1, переносится теплоносителем -горячими газами по теплопроводам — каналам 3 и передается в помещение через отопительный прибор — стенки 2 печи.

В местной системе отопления с использованием электричества тепло-перенос может осуществляться без теплоносителя — непосредственно через твердую среду.

Центральными называются системы, предназначенные для отопления нескольких помещений из единого теплового центра. Теплообменник и приборы таких систем отопления отделены друг от друга: теплоноситель нагревается в теплообменнике, находящемся в тепловом центре, перемещается по теплопроводам в отдельные помещения и, передав тепло через отопительные приборы в них, возвращается в тепловой центр. К центральным относятся системы водяного, парового и воздушного отопления.

Характерным примером центральной системы отопления является система водяного отопления здания с собственной котельной, принципиальная схема которой не будет отличаться от схемы на рисунок, если отопительные приборы размещены во всех помещениях здания.

Принципиальная схема которой не будет отличаться от схемы на рисунке, если отопительные приборы размещены во всех помещениях здания/

Центральная система отопления может быть районной, когда группа зданий отапливается из центральной тепловой станции Теплообменник и отопительные приборы системы здесь также разделены — теплоноситель нагревается в теплообменнике, находящемся на тепловой станции, перемещается по наружным и внутренним теплопроводам в отдельные помещения каждого здания и, передав тепло через отопительные приборы в них, возвращается на станцию.

В современных системах теплоснабжения и отопления (рисунок) используются два теплоносителя Первичный высокотемпературный теплоноситель (температура его tf), получая тепло в центральном теплообменнике 1 на тепловой станции, движется в наружных теплопроводах 3 и 4. Вторичный низкотемпературный теплоноситель (его температура tг), получающий тепло от первичного в местном теплообменнике 2 каждого здания, переносит его по внутреннему теплопроводу — подающей трубе 6 в отдельные отопительные приборы 8 и возвращается к теплообменнику по обратной трубе 7.

Первичным теплоносителем обычно служит вода или пар. Если, например, первичная высокотемпературная вода нагревает вторичную воду, то такая центральная система отопления называется водо-водяной. Аналогично могут существовать водовоздушная, пароводяная, паровоздушная и другие системы центрального отопления.

Рассмотрим более подробно классификацию каждой из систем центрального отопления, наиболее распространенного в настоящее время.

Системы водяного отопления прежде всего разделяются на низкотемпературные с предельной температурой горячей воды tr = 105°С и высокотемпературные – tг > 105 °С. Максимальное значение температуры воды ограничено в настоящее время 150 °С.

По способу создания циркуляции воды различаются системы водяного отопления с естественной циркуляцией (гравитационные системы) и с механическим побуждением циркуляции воды при помощи насосов (насосные системы). В гравитационной (лат. gravitas — тяжесть) системе используется различие в плотности воды, нагретой до различной температуры. В системе с неоднородным распределением плотности под действием гравитационного поля Земли возникает естественное движение воды.

В насосной системе используется электрический насос для повышения гидравлического давления; в системе создается вынужденное движение воды в дополнение к гравитационному.

Теплопроводы систем водяного отопления (рисунок) подразделяются на магистрали, подающие горячую воду к стоякам (подающие магистрали 1) и отводящие охлажденную воду от стояков к теплообменникам (обратные магистрали 2), и стояки, подающие 3 и обратные 4, которые соединяют магистрали с отопительными приборами 5 или с горизонтальными ветвями 6.

Системы водяного отопления в зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами называются однотрубными и двухтрубными. В каждом стояке или ветви однотрубной системы приборы соединяются одной трубой и вода протекает последовательно через все приборы. В двухтрубной системе каждый прибор отдельно присоединяется к двум трубам — подающей и обратной, и вода протекает через него независимо от других приборов.

По вертикальному или горизонтальному положению труб, соединяющих отопительные приборы, системы делятся на вертикальные со стояками и горизонтальные с ветвями 6 (рисунок).

В зависимости от места прокладки магистралей различаются системы с верхней разводкой (рисунок), когда подающая магистраль 1 располагается выше отопительных приборов 5; с нижней разводкой (рисунок), когда подающая 1 и обратная 2 магистрали прокладываются ниже приборов 5; с «опрокинутой» циркуляцией воды, когда подающая магистраль 1 находится ниже, а обратная 2 выше приборов 5.

Движение воды в подающей и обратной магистралях может совпадать по направлению и быть встречным. В зависимости от этого системы именуются системами с тупиковым (встречным) и с попутным движением воды в магистралях. На рисунке (а) стрелками на линиях, изображающих магистрали, показано попутное движение воды: вода и в подающей и в обратной магистралях движется в одном и том же направлении; на рисунке (б, в) — тупиковое движение воды: вода в подающей магистрали течет в одном, а в обратной — в противоположном направлении.

При встречном движении воды в последовательно соединенных трубами двух частях каждого отопительного прибора система носит название бифилярной (двухпоточной). На рисунке (д) показаны две ветви 6 горизонтальной бифилярной системы. Бифилярной может быть и вертикальная система с нижней разводкой по рисунке (б).

На рисунке изображены основные приборные узлы трех типов однотрубных стояков 1 вертикальных систем водяного отопления. Все три типа однотрубных стояков используются и в вертикальных, и в горизонтальных системах. В однотрубном проточном стояке первого типа (рисунок) отсутствуют краны для регулирования теплопередачи отопительных приборов 7. В однотрубном стояке второго типа с постоянно действующими (проточными) замыкающими участками 2 (рисунок) устанавливают регулирующие краны 3 у приборов. В однотрубном проточно-регулируемом стояке третьего типа (рисунок) имеются обходные участки 8 для пропуска воды при регулировании теплопередачи приборов трехходовыми кранами 4.

В двухтрубном стояке каждый отопительный прибор 7 присоединяют отдельно к подающей трубе 5 и обратной трубе 6 (рисунок). По подающей трубе подводится горячая вода, по обратной — отводится охлажденная вода от приборов.

Системы парового отопления в зависимости от давления пара разделяются на вакуум-паровые, низкого и высокого давления. (Таблица).

Параметры (округленные) насыщенного пара в системах парового отопления

Система	Абсолютное давление		Температура	Удельное тепло конденсации
	МПа	кгс/см 3	0 C	кДж/кг	ккал/кг
Вакуум-паровая	2260	>540
Низкого давления	0,1-0,17	1—1,7	100—115	2260—2220	540—530
Высокого давления	0,17—0,47	1,7—4,8	115—150	2220—2120	530—506

Максимальное давление пара ограничено, как и в системах водяного отопления, допустимым пределом температуры поверхности отопительных приборов (температуре 150 °С соответствует избыточное давление пара, равное приблизительно 0,37 МПа или 3,8 кгс/см2).

В системах парового отопления насыщенный пар конденсируется на стенках отопительных приборов, тепло фазового превращения через стенки передается в помещения, конденсат удаляется из приборов и возвращается в котлы.

По способу возвращения конденсата в паровые котлы системы парового отопления подразделяются на замкнутые (рисунок) с самотечным возвращением и разомкнутые (рисунок) с насосным возвращением конденсата. В замкнутой системе конденсат непрерывно поступает в котел 1 под действием разности давления, выраженного на рисунке столбом конденсата высотой h, и давления пара в котле. Поэтому отопительные приборы 3 должны находиться достаточно высоко над котлом 1 (в зависимости от давления пара в котле).

В разомкнутой системе парового отопления конденсат непрерывно поступает в конденсатный бак 6 и по мере накопления периодически подается конденсатным насосом 7 в котел 1. В такой системе положение нижнего отопительного прибора обусловлено обеспечением самотечного стекания конденсата только в бак, а давление пара в котле преодолевается давлением насоса.

Теплопроводы систем парового отопления разделяются на паропроводы 2, по которым пар перемещается от теплового центра (котла 1) до отопительных приборов 3, и конденсатопроводы 4 для отвода конденсата. Разводка паропроводов в зависимости от места их прокладки по отношению к отопительным приборам может быть верхней, нижней и средней, когда паропровод размещается между отопительными приборами на различных этажах здания. Пар в паропроводах движется за счет разности давления пара в тепловом центре и в приборах.

Конденсатопроводы могут быть самотечными и напорными: самотечные 4 прокладывают ниже отопительных приборов с уклоном в сторону движения конденсата; в напорных 5 конденсат перемещается под действием давления насоса или остаточного давления пара в приборах.

В зависимости от направления движения теплоносителя в магистралях различаются системы парового отопления, как и водяного, с попутным и тупиковым (встречным) движением пара и конденсата (см. стрелки на линиях, изображающих магистрали на рисунке).

Из двух уже известных конструкций стояков в системах парового отопления преимущественно используют двухтрубные стояки, изображенные на рисунке, но можно применять и однотрубные.

Системы воздушного отопления по способу создания циркуляции теплоносителя — воздуха разделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные системы) и системы с механическим побуждением движения воздуха при помощи вентиляторов (вентиляторные системы).

В гравитационной системе используется различие в плотности воздуха, нагретого до различной температуры. Как и в водяной гравитационной системе, при неоднородном распределении плотности возникает естественное движение воздуха.

В вентиляторной системе используется электровентилятор для повышения давления воздуха и создается вынужденное движение воздуха в дополнение к гравитационному.

Нагревание воздуха, служащего теплоносителем, от температуры помещения до температуры, обычно не превышающей 70 °С, происходит в специальных отопительных приборах — калориферах. Калориферы изнутри могут обогреваться паром, водой, электричеством или горячими газами; система воздушного отопления соответственно называется водовоздушной, паровоздушной, электровоздушной, газовоздушной.

По радиусу действия воздушное отопление может относиться к местным и центральным системам. В местной системе воздух нагревается в калорифере 1, находящемся в отапливаемом помещении. В центральной системе калорифер 1 размещается в отдельной камере — тепловом центре, воздух с температурой tB подводится к калориферу по обратным воздуховодам 2, горячий воздух с температурой tr перемещается в помещения по подающим воздуховодам 3.