Конструирование водяного отопления

Выбор, размещение и присоединение элементов

При создании современных зданий различного назначения разрабатываемые системы отопления должны обладать соответствующими качествами, призванными обеспечить тепловой комфорт или требуемые тепловые условия в помещениях этих зданий.

Современная система отопления должна соответствовать интерьеру помещений, быть удобной в эксплуатации и простой для пользователей. Она в автоматическом режиме перераспределяет тепловые потоки между помещениями здания, в максимальной степени использует любые вносимые в отапливаемое помещение регулярные и нерегулярные внутренние и внешние теплопоступления, программируется на различные тепловые режимы эксплуатации помещений и здания.

Для создания таких систем отопления необходимы разнообразная запорная и регулирующая арматура, определенный комплекс регулирующих приборов и устройств, компактная и надежная структура трубопроводного комплекта.

Степень надежности каждого элемента и прибора системы отопления должна отвечать современным требованиям и быть совместимой со всеми другими компонентами установки. Вид системы отопления, тип отопительных приборов, вид и параметры теплоносителя принимаются в соответствии со строительными нормами и зданием на проектированием.

При проектировании отопления необходимо предусматривать автоматическое регулирование и приборы учета количества потребляемой теплоты, а также применять энергоэффективные решения и оборудование.

Проектирование предполагает комплексное решение следующих задач:

1. индивидуальный выбор оптимального варианта системы отопления и отопительных приборов, обеспечивающих комфортные условия для каждого помещения или зоны помещения;
2. определение местоположения отопительных приборов и их размеров для обеспечения комфортных условий;
3. индивидуальный выбор каждого отопительного прибора, вида регулирования (двухпозиционное, пропорциональное, программируемое регулирование и т.п.) и местоположение датчиков, в зависимости от назначения помещения, его тепловой инерционности, величины возможных внешних и внутренних возмущений, вида отопительного прибора, от его тепловой инерционности и д.р.;
4. выбор вида подсоединения отопительного прибора к теплопроводным сетям отопления;
5. разработка схемы размещения трубопроводов, выбор вида труб в зависимости от требуемых стоимостных, эстетических и потребительских качеств;
6. выбор схемы подсоединения системы к тепловым сетям.

При проектировании выполняются соответствующие тепловые и гидравлические расчеты, позволяющие подобрать материалы и оборудование системы отопления и теплового пункта. Оптимальные комфортные условия достигаются правильным выбором вида отопления и отопительного прибора. Отопительные приборы следует размещать, как правило, под световыми проемами, обеспечивая доступ для осмотра, ремонта и очистки.

В качестве отопительного прибора рекомендуется использовать радиаторы или конвекторы, размещаемые у каждой наружной стены помещения (при наличии в нем двух и более наружных стен) с целью ликвидации нисходящего на пол холодного потока воздуха.

Длина отопительного прибора должна составлять не менее 0,9 – 0,7 ширины оконных проемов отапливаемых помещений. Полная высота отопительного прибора должна быть меньше расстояния от пола до низа подоконной доски (или низа оконного проема при ее отсутствии) не менее чем на 110 мм.

Для помещений, полы которых выполнены из материалов с высокой тепловой активностью (керамическая плитка, натуральный камень и т.д.), целесообразно дополнительно к конвективному отоплению с помощью отопительных приборов применять систему «теплый пол».

В помещениях производственного назначения высотой более 5 м при наличии вертикальных световых проемов следует размещать под ними отопительные приборы для защиты работающих от нисходящих потоков воздуха. В то же время такое решение создает непосредственно у пола повышенную (зачастую более 0,2 – 0,4 м / с) скорость потока холодного настилающегося вдоль пола воздуха. С увеличением мощности прибора дискомфортные явления усиливаются.

Кроме того, из-за увеличения температуры воздуха в верхней зоне значительно возрастают теплопотери помещения. В таких случаях для обеспечения теплового комфорта в рабочей зоне и снижения теплопотерь рекомендуется применять напольное или лучистое отопление с помощью радиационных нагревательных приборов, располагаемых в верхней зоне на высоте 2,5 – 3,5 м. дополнительно следует под световыми проемами размещать отопительные приборы с тепловой нагрузкой на возмещение теплопотерь данного теплового проема.

При наличии в таких помещениях постоянных рабочих мест рекомендуется применять локальное отопление в рабочих зонах для обеспечения в них теплового комфорта с помощью либо систем воздушного отопления, либо локальных радиационных приборов над рабочими местами, либо радиационных вертикальных отопительных панелей со встроенными нагревательными элементами. В остальной зоне помещения в пределах высоты 2 м обеспечивается температура воздуха не менее 10 ˚С (желательно, теми же отопительными средствами). При этом под световыми проемами (окнами) следует размещать отопительные приборы с тепловой нагрузкой на возмещение теплопотерь данного светового проема.

При наличии в перекрытии верхних световых проемов в виде фонарей, куполов и т. д. отопительные приборы следует также располагать непосредственно под ними, устанавливая их на полу или стене. При этом расчетную тепловую нагрузку прибора необходимо принимать равной расчетным тепловым потерям данного верхнего светового проема с запасом 10 – 20 %. В противном случае на поверхности остекления произойдет образование конденсата. Допускается использовать в одной системе отопления отопительные приборы различных типов.

Встроенные нагревательные элементы запрещено размещать в однослойных наружных или внутренних стенах, а также в перегородках. Исключение составляют нагревательные элементы, встроенные во внутренние стены и в перегородки палат, операционных и других помещений лечебного назначения больниц. Допускается предусматривать в многослойных наружных стенах, перекрытиях и полах нагревательные элементы водяного отопления, замоноличенные в бетон. В лестничных клетках зданий высотой до 12 этажей отопительные приборы допускается размещать только на первом этаже (на уровне входных дверей); установка отопительных приборов и прокладка трубопроводов в объеме тамбура не допускаются.

Отопительные приборы не следует размещать в отсеках тамбуров, имеющих входные двери. Отопительные приборы на лестничных клетках присоединяются к отдельным ветвям или стоякам систем отопления. Трубопроводы систем отопления проектируют из стальных (кроме оцинкованных), медных, латунных труб, а также термостойких полимерных и металлополимерных.

Трубы из полимерных материалов прокладываются скрыто: в конструкции пола, за экранами, в штробах, шахтах и каналах. Открытая прокладка допускается только в пределах пожарной секции здания в местах, где исключается их механическое повреждение, внешний нагрев наружной поверхности труб более 90 ˚С и прямое воздействие ультрафиолетового излучения. В комплекте с трубами из полимерных материалов следует применять соединительные детали и изделия, соответствующему типу труб.

Уклоны трубопроводов – не менее 0,002 м / м. допускается прокладка труб без уклона при скорости движения воды в них 0,25 м / с и более.

Запорную арматуру следует предусматривать для отключения и сброса воды от отдельных колец, ветвей и стояков систем отопления, для автоматически или дистанционно управляемых клапанов; для отключения части или всех отопительных приборов в помещениях, в которых отопление используется периодически или частично. (Для присоединения шлангов используются штуцеры.)

В насосных системах водяного отопления предусмотрены, как правило, проточные воздухосборники, краны или автоматические воздухоотводчики. Непроточные воздухосборники допускается устанавливать при скорости движения воды в трубопроводе менее 0,1 м / с. При использовании незамерзающей жидкости для отвода воздуха желательно использовать автоматические воздухоотводчики-сеператоры, устанавливаемые, как правило, в тепловом пункте до насоса.

В системах отопления с нижней разводкой магистралей для удаления воздуха устанавливаются воздухоспускные краны на отопительных приборах верхних этажей (в горизонтальных системах – на каждом приборе). При проектировании систем центрального водяного отопления из полимерных труб следует учитывать использование приборов автоматического регулирования (ограничитель температуры) с целью защиты трубопроводов от превышения параметров теплоносителя.

На каждом этаже устраиваются встроенные монтажные шкафы, в которых должны размещаться распределители с отводящими трубопроводами, запорная арматура, фильтры, балансовые клапаны, а также счетчики учета тепла. Трубы между распределителями и отопительными приборами прокладываются у наружных стен в специальной гофрированной трубе или в теплоизоляции, в конструкции пола или в плинтусах-коробках.

Для регулирования температуры воздуха в помещениях у отопительных приборов следует устанавливать регулирующую арматуру. В помещениях с постоянным пребыванием людей, как правило, размещают автоматические терморегуляторы, обеспечивающие поддержание заданной температуры в каждом помещении и экономию подачи тепла за счет использования внутренних теплоизбытков (бытовые тепловыделения, солнечная радиация). Не менее чем у 50 % отопительных приборов, устанавливаемых в одном помещении, следует устанавливать регулирующую арматуру (за исключением приборов в помещениях, где имеется опасность замерзания теплоносителя).

В современных отопительных системах применяются различные варианты регуляторов температуры, которые могут быть установлены на термостатический радиаторный клапан: термостаты прямого действия со встроенным или выносным датчиком, с выносной регулировкой или электронным приводом и т.д.

Если длина отопительного прибора составляет 2,2 м и более (более 1,5 м в системах с естественной циркуляцией), следует предусматривать разностороннее присоединение трубопроводов к отопительному прибору. При этом рекомендуется установка арматуры на обеих подводках отопительного прибора, что обеспечивает надежную гидравлическую наладку системы, а также возможность снятия отопительного прибора и слива воды при локальных ремонтных работах.

Конструирование систем водяного отопления

Конструирование систем отопления выполняется в следующей последовательности:

— размещение отопительных приборов;

— выбор конструкции и размещение стояков;

— размещение теплового пункта;

— установка запорно-регулирующей арматуры, вспомогательного оборудования системы отопления.

Стояки системы отопления располагаются, прежде всего, в наружных углах здания во избежание их промерзания. В лестничных клетках предусматриваются отдельные стояки.

При выборе места стояков учитывается следующее:

— подводки от стояка к отопительному прибору не должны загораживать балконную дверь;

— архитектурный облик помещения улучшается при размещении стояка ближе к углу помещения;

— в тупиковой системе отопления металлоемкость продольных магистралей тем меньше, чем ближе стояки размещаются к поперечным магистралям.

Тип стояка выбирается в зависимости от архитектурно-планировочных решений, разводки магистралей и требований к тепловому режиму помещений здания.

На рис. 7.4 и 7.5 даны типовые схемы двухтрубных и однотрубных стояков систем водяного отопления с нижней и верхней разводкой магистралей.

б

а

Рис. 7.4. Схемы вертикальной двухтрубной системы водяного отопления с верхней (а) и нижней (б) разводкой (при нижней разводке стояки условно различной конструкции):

1 и 2 — подающие Т1 и обратные Т2 магистрали, 3 и 4 — подающие и обратные стояки; 5 — отопительные приборы; 6 – регулирующая арматура; 7 — главный стояк; 8 — расширительный бак; 9 — воздушная линия; 10 — воздушные краны; 11 — соединительная труба для расширительного бака; 12 — циркуляционный насос; 13 — теплообменник

Для отопления жилых и общественных зданий, как правило, рекомендуются регулируемые и проточно-регулируемые стояки и стояки с осевыми и со смещенными замыкающими участками.

Для регулировки теплоотдачи нагревательных приборов применяют муфтовую запорно-регулирующую арматуру.

В качестве запорно-регулирующей арматуры применяют проточные и трехходовые краны ручной регулировки отопительных приборов и термостатические клапаны с жидким и газообразным рабочим телом.

Рис. 7.5. Конструкции однотрубных стояков с верхней разводкой:

а — проточный; г, в — проточно-регулируемый с обходными участками; б, в — регулируемый со смещенным замыкающим участком; д — проточный системы с «опрокинутой» циркуляцией

На рис. 7.6 представлены схемы П-образных стояков однотрубных систем отопления с нижней разводкой.

Стояки прокладывают открыто и располагают преимущественно у наружных стен на расстоянии 35 мм от внутренней поверхности до оси труб при диаметре 32 мм. Двухтрубные стояки размешены на расстоянии 80 мм между осями труб, причем подающий стояк располагают справа. В местах пересечения стояков и подводок огибающие скобы устраивают на стояках изгибом в сторону помещения.

Конструкция стояков должна обеспечивать унификацию узлов и деталей. Для индустриализации процесса заготовки и уменьшения трудоемкости монтажных работ рекомендуется проектировать однотрубные стояки с односторонним присоединением отопительных приборов и подводками одинаковой длины (/ 500 мм). При этом стояк однотрубной системы размещают на расстоянии 150 мм от откоса оконного проема, а не по оси простенка, как при двухсторонних подводках и в двухтрубных системах отопления.

При конструировании стояков необходимо учитывать, что теплоотдача отопительных приборов в значительной степени определяется принятой схемой присоединения приборов к трубам, системой отопления и схемой подачи теплоносителя в прибор.

Присоединение труб к отопительным приборам может быть односторонним и разносторонним. Одностороннее присоединение, чаще используемое на практике, обеспечивает по сравнению с разносторонним меньший расход труб и больше возможности для унификации приборных узлов (рис. 7.6, а, в, е).

Рис. 7.6. Конструкции П-образных однотрубных стояков с нижней разводкой:

а — проточный; б, г, е — проточно-регулируемый с обходными участками; в, д — регулируемый со смещенным замыкающим участком

При разностороннем присоединении возрастает коэффициент теплопередачи нагревательного прибора.

б b

а

Указанную схему присоединения применяют в горизонтальных (рис. 7.7, а), П-образных стояках для приборов верхних этажей однотрубных (рис. 7.7, б, в), в двухтрубных системах (рис. 7.7, г) с нижней разводкой, а также в случае присоединения нескольких приборов последовательно (рис. 7.7, д), при числе секций радиаторов более 20 в системах с принудительной циркуляцией и при числе секций более 15 в системах с естественной циркуляцией.

Рис. 7.7. Схемы разностороннего присоединения труб к отопительным приборам: вертикальные однотрубные (в), двухтрубные (б, г, д), горизонтальные (а) системы отопления

Присоединение приборов на сцепке, позволяющее уменьшить количество стояков, допускается применять в пределах одного помещения.

Размещение магистралей определяется назначением, архитектурно-планировочным решением здания и видом системы отопления.

Магистральные трубы систем водяного отопления прокладывают с верхней и нижней разводкой. Для удобства обслуживания в системах с верхней разводкой размещение подающих магистралей предусматривают на чердаке или техническом этаже на расстоянии 1…1,5 м от наружной стены, обратные — в подвале, технических подпольях или каналах. В системах с нижней разводкой прокладку подающих и обратных теплопроводов следует предусматривать совместную в подвале, а при его отсутствии — в технических подпольях или каналах.

Магистрали с верхней или нижней разводкой труб, как правило, рекомендуется проектировать тупиковыми, как более экономичными по расходу труб, чем магистрали с попутным движением воды.

Рекомендуется выполнять компоновку магистральных трубопроводов таким образом, чтобы систему отопления разделить на две или более час­ти одинаковой длины ипримерно с равными тепловыми нагрузками.

Для отключения отдельных частей системы отопления на трубах магистралей, (рис. 7.8) используют муфтовые проходные краны и вентили (при диаметре 40 мм) и задвижки (при диаметре 50 мм).

Рис. 7.8. Схема установки запорно-регулирующей арматуры на магистралях систем отопления: 1 — задвижка (кран, вентиль) на обратной магистрали; 2 — то же на подающей магистрали; 3 — узел управления

При проектировании магистральных трубопроводов необходимо предусматривать мероприятия по надежному удалению воздуха из системы.

При естественной циркуляции магистрали верхней разводки необходимо прокладывать с уклоном минимум 0,02 по направлению движения воды и удалением воздуха через расширительный бак.

Рис. 7.9. Направление движения теплоносителя и уклон магистралей в системах водяного отопления:

а – верхняя разводка; б – нижняя разводка; в – обратная магистраль: 1 – проточный воздухосборник; 2 – узел управления

При насосной циркуляции магистрали прокладывают с уклоном 0,003 против направления движения воды. Воздух при верхней разводке удаляется через проточные воздухосборники, устанавливаемые на концах ветвей (см. рис. 7.9, а).

Обратные магистрали в системах с верхней разводкой всегда прокладывают с уклоном 0,003 в сторону теплового пункта здания, где при опорожнении системы вода спускается в канализацию (см. рис. 7.9, в).

В системах с нижней разводкой подающая и обратная магистрали прокладываются вместе, поэтому для удобства крепления при монтаже их прокладывают с уклоном 0,003 в одном направлении – в сторону пристроенной котельной или теплового пункта (рис. 7.9, б).

В системах отопления с нижней разводкой удаление воздуха целесообразно предусматривать через ручные краны конструкции Н. Б. Маевского, установленные в верхних пробках радиаторов верхних этажей, в подводках к приборам или централизовано через воздушные трубы.

Для регулирования и полного отключения отдельных стояков (рис. 7.10) на расстоянии не более 120 мм от подающей и обратной магистрали уста­навливают проходные (пробочные) краны (при температуре теплоносителя до 105 °С и гидравлическом давлении 0,6 МПа) или запорные вентили — желательно с наклонным шпинделем — при температуре теплоносителя свыше 105 °С и гидравлическом давлении более 0,6 МПа.

Рис. 7.10. Схема установки запорно-регулирующей арматуры на вертикальных однотрубных стояках:

а – с верхней разводкой; б – с нижней разводкой: 1 – запорный кран или вентиль; 2 – спускной кран (внизу со штуцером)

При прокладке в неотапливаемых помещениях (чердаки, технические этажи, подвалы, подполья и др.) и в местах, где возможно замерзание теп­лоносителя (наружные двери, ворота, открытые проемы и др.)для снижения теплопотерь подающие и обратные магистрали и участки стояков в местах присоединения к магистралям покрывают тепловой изо­ляцией из несгораемых материалов. В подпольных каналах вдоль стен тепловая изоляция не предусматривается.

Тепловая изоляция может быть оберточная (ленты, жгуты и ваты), сборная (штучные кольца, скорлупа и сегменты) и литая, наносимая на трубы в заводских условиях. Изоляция трубопроводов снаружи покрывается защитным слоем: асбестовым или алюминиевым листом, или синтетической несгораемой пленкой.

При прокладке нескольких изолируемых магистралей в одном помещении на каждую трубу, на наружную поверхность защитного слоя, наносят цветные обозначения.

Тепловой пункт (ИТП) размещается в отдельном помещении подвала, желательно в середине здания у наружных стен на расстоянии не более 12 м от выхода из этих зданий. В ИТП подводятся трубы теплосети.