Особенности устройства систем отопления

Добавлен в корзину

Удален из корзины

Добавлен в избранное

Удален из избранного

Базовые знания о принципе работы отопительной системы необходимы практически каждому. Это позволит за короткое время найти ту или иную неполадку, а также избежать появления ошибок в момент установки и проектирования. В этой статье вы узнаете все самое интересное, что касается принципа работы водяных отопительных систем.

Из чего состоит система водяного отопления?

Специалисты называют такие системы гидравлическими или жидкостными. Дело в том, что тепловая энергия направлена к отопительным устройствам от котла. Среди этих устройств могут быть: теплый пол, радиатор и многие другие. Процесс циркуляции проходит в трубопроводе с нагретой водой. Другими словами, система водяного отопления представляет собой замкнутую цепочку, которая состоит из труб, отопительных устройств, котла. Кроме того, сюда можно включить такие элементы, как: гайки, краны, бак, систему безопасности и многое другое.

Работа отопительной системы

Отопительная система работает следующим образом: Нагретая жидкость в котле продвигается по системе, тепло распределятся по трубам к приборам, после чего, поступает для нагрева помещения. Так как все элементы отопления представляют собой замкнутую систему, жидкость движется по кругу.

Основные виды отопительных систем

Отопительную систему разделяют на две группы по способу циркуляции теплового носителя:

• От насоса. Принудительная циркуляция.
• Конвективная система. Естественная циркуляция.

Мы можем рассмотреть работу каждой системы в данной статье.

Отопительная система с естественной циркуляцией

Данная система является самой простой, хотя монтаж ее трудно назвать таковым.

В котле происходит нагрев теплоносителя. Данный процесс приводит к уменьшению плотности воды, после чего, она продвигается вверх по трубе, которая называется подающий стояк. Жидкость вытесняется в расширительный бак, где ее объем значительно увеличивается. Далее, она направляется вниз по трубам, которые получили название горизонтальные стояки. Затем вода оказывается в отопительном приборе. Здесь она снова возвращает свою плотность, что позволяет ей стечь вниз, для возвращения в котел.

Стоит отметить, что вертикальные стояки должны быть большого диаметра. Это позволяет образовываться побудительной силе, приводящей к циркуляции теплоносителя.

В такой системе отопления необходимо учитывать уклоны.

В первую очередь необходим уклон к отопительному прибору от стояка. Затем, уклон нужен в “обратке” к котлу. Если нет уклона, то система не будет работать.

Отопительная система с принудительной циркуляцией

Для работы данной системы необходимо использование циркуляционного насоса. Существует различные модели таких насосов, которые отличаются друг от друга своей мощностью.

Обратив внимание на схему, показанную ниже, можно увидеть нагрев теплоносителя в котле. Благодаря насосу, вода движется по трубам к отопительным приборам. Кроме того, вентили имеются на каждом радиаторе. Они позволяют устанавливать более комфортную температуру. В наше время можно использовать ручные или автоматические вентили.

Практически все радиаторы оснащены специальными кранами, через которые можно удалить воздух из системы. Принцип работы данной системы аналогичен предыдущему. Охлажденная вода возвращается по трубе обратно в котел.

Чтобы выбрать отопительную систему для дома, необходимо выделить их недостатки и преимущества.

Плюсы и минусы отопительных систем

Две вышеперечисленные системы имеют свои плюсы и, конечно же, минусы. Рассмотрим их поподробней.

Плюсы отопительной системы с принудительной циркуляцией:

• Возможна регулировка теплового потока в автоматическом режиме.
• Имеет возможность задавать температурный режим для каждого помещения в отдельности. Он также будет поддерживаться автоматически.
• Благодаря автоматическому режиму расход топлива более экономичный.
• Можно использовать трубы из пластика, что снизит стоимость монтажа и затраты на покупку материала.
• Пластиковые трубы не портят интерьер помещения. Кроме того, их можно скрыть в стене.

Минус принудительной циркуляции заключается в зависимости работы всей системы от электричества. Нельзя забывать, что работу насоса обеспечивает электросеть.

Плюсы отопительной системы с естественной циркуляцией

Имеет единственный плюс – она не зависит от электричества. В такой системе не используется насос.

Минусы отопительной системы с естественной циркуляцией:

• Нет возможности отрегулировать тепло в автоматическом режиме.
• Высокие затраты на топливо.
• Необходимы трубы с большим диаметром: пластиковых и стальных, что увеличивает стоимость.
• Низкая эстетичность от монтажа больших труб.
• Нельзя использовать бойлер косвенного нагрева, а также водяные теплые полы.

Вышеперечисленная информация позволит выбрать удобную систему отопления не только для дома, но и для любого другого помещения.

Разновидности устройства системы отопления: особенности эксплуатации без потерь тепла

Вы просматриваете раздел Компоненты системы, расположенный в большом разделе Отопление.

Система отопления представляет собой совокупность приборов, трубопроводов, регулирующей арматуры и технических деталей, которые предназначены для выработки и переноса тепловой энергии в отапливаемое помещение частного дома.

Отопительные системы классифицируют по источникам энергии, типам и особенностям движения теплоносителей, применяемому оборудованию, схемам монтажа.

Особенности устройства систем отопления: как работает технология?

Типы отопительных систем:

1. Водяные. Самый распространённый и выгодный вариант. Главный элемент схемы — котёл. Прибор нагревает жидкость, она по трубам поступает в радиаторы, которые прогревают воздух в помещениях.
2. Воздушные. В качестве источников тепла используют калориферы, которые подают тёплый воздух в комнаты. Как первичный отопитель применяется вода или горячий пар.
3. Электрические. Системы электрообогрева безопасны, автоматизированы, отличаются эффективностью. Недостаток устройства — дороговизна.

У каждой из систем есть собственные плюсы и минусы. При выборе следует ориентироваться на личные потребности, цели, приоритеты. Владельцы частных домов чаще всего обустраивают водяное отопление. Это рациональное решение, позволяющее создать комфортные условия проживания с минимальными затратами.

Популярные источники тепла

В качестве источников энергии используют:

• Твёрдое топливо. Уголь, дрова, топливные брикеты или пеллеты выгодны, если нет возможности подключиться к магистрали централизованного газоснабжения или установить газгольдер.
• Природный газ. Пока что это самый дешёвый ресурс. Газовое отопление популярно уже несколько десятилетий. Если правильно рассчитать и качественно смонтировать систему, обогрев будет стабильно работать долгие годы.
• Сжиженный газ. Автономная газификация — отличный вариант для дома, расположенного вдали от централизованных коммуникаций. К минусам стоит отнести крупные расходы на этапе обустройства.
• Жидкое топливо. В жилых зданиях нечасто устанавливают котлы, работающие на дизтопливе, но как запасное решение это практичный вариант.
• Электроэнергия. Часто устанавливают тёплый пол, инфракрасный обогрев. Системы экономичны, но подходят далеко не для всех регионов, поэтому чаще применяются как дополнительные.

Фото 1. Укладка инфракрасного теплого пола, работающего на электроэнергии, в помещении частного дома.

• Альтернативные источники. Есть системы, использующие энергию солнца, ветра, земли. Нагревательное оборудование работает за счёт солнечных батарей, ветрогенераторов или тепловых насосов. «Зелёное» отопление экологично, но слишком дорого.

Важно! При всех достоинствах источников энергии сложно найти альтернативу газовому отоплению. Такие системы дёшевы в эксплуатации и окупаются примерно за 5 лет. В качестве отопительного оборудования устанавливают котлы, радиаторы.

Системы водяного отопления – принцип работы

Среди жизнеобеспечивающих инженерных систем современных жилых и производственных зданий системы водяного отопления занимают особое положение. Они отличаются по конструктивным особенностям их исполнения, архитектурно-строительным требованиям размещения и эксплуатации, технологическим признакам. Кроме этого, они должны отвечать и определенным санитарно-гигиеническим требованиям. Все вместе они формируют конкретные, специфические требования к устройству, эксплуатации и содержанию отопительных систем и устройств.

Системы водяного отопления – классификация

Системы водяного отопления современных зданий классифицируют по следующим признакам.

1. По институциональным признакам:

• по назначению: для гражданских объектов (жилых и общественных зданий); производственных (промышленных, сельскохозяйственных); специального назначения (транспортных средств, военных и др. объектов);
• по формам собственности: государственная, коллективная, частная;
• по способу обслуживания: коммунальное обслуживание, самообслуживание, смешанное обслуживание.

2. По технологическим требованиям:

• соответствие требованиям термодинамики;
• нормам надежности и безопасности устройства и функционирования.

3. По требованиям архитектурно-строительных норм, правил и
стандартов:

• по методам тепловых и гидравлических расчетов;
• по конструктивным признакам: по способу циркуляции теплоносителя (естественная и принудительная циркуляция); по месту размещения разводки (верхняя и нижняя разводящая магистраль); по способу подводки разводки к отопительным стоякам (с тупиковым или с попутным движением воды, коллекторные); по конструктивным особенностям стояков и схеме монтажа к ним отопительных приборов (однотрубные и двухтрубные системы, вертикальные, горизонтальные); по типу используемых трубопроводов (металлические, неметаллические); по виду теплоносителей (вода, антифризы);
• по мощности и типу теплогенераторов и источников теплоты, способу присоединения: местные теплогенераторы на углеродном топливе и электричестве (котлы квартирные, домовые, крышные, блочные) мощностью до 3,0 МВт; централизованные источники теплоты (подающие ее в системы отопления от АЭС, ТЭЦ, КЭС, РТС, КТС через тепловые сети и местные или центральные тепловые пункты) мощностью свыше 3,0 МВт; теплогенераторы на нетрадиционных (возобновляемых) источниках теплоты; по гидравлической связи с централизованным источником теплоты (непосредственное присоединение, гидравлически изолированное); по способу присоединения систем отопления в тепловом пункте (4 варианта основных схем);
• по способу автоматизации и учета потребленной теплоты
• по определенным санитарно-гигиеническим требованиям.

Основные элементы и технологические особенности водяных систем отопления

Главной принципиальной технологической особенностью водяных систем отопления, в отличие от однопоточных (однотрубных) систем водопровода, газоснабжения и водоотведения, является то, что в соответствии с законами термодинамики системы водяного отопления могут быть циркуляционными, двухпоточными, двухтрубными.

К основным элементам системы отопления относятся: теплогенератор (котел отопления), теплоноситель (вода или антифриз), подающие и обратные магистрали трубопроводов, циркуляционный насос (если система с принудительной циркуляцией теплоносителя), группа безопасности, расширительный бак и отопительные приборы (радиаторы).

Системы отопления – принцип работы

Принцип работы системы отопления сводится к тому, что нагретый в теплогенераторе (отопительном котле) теплоноситель насосом подается к отопительным приборам здания по подающим трубопроводам с температурой t₁ ºС. В топительных приборах происходит отдача теплоты и охлаждение теплоносителя, и соответственно понижение его температурного потенциала (теплосодержание). Охлажденный до температуры t2, °C, он поступает в обратные трубопроводы, по которым снова возвращается в исходное положение – в теплогенератор для последующего нагрева.

Таким образом, в системах отопления постоянно совершаются тепловые циклы – круговорот теплоносителя в количестве G, кг/ч, и выполняется полезная работа системы по отоплению помещения на температурном перепаде t1 – t2, °C, теплотой в количестве Q, Дж/ч.

Как известно, каждый теплоноситель обладает своей теплоемкостью с, Дж/(кг -°С). Вода имеет теплоемкость с = 4,19 кДж/(кг -°С), это означает, что для нагрева 1 кг воды на 1 °С необходимо затратить 4,19 кДж теплоты . Зная величины G, t1, t2, с, можно определить количество теплоты Qnp, отданное теплоносителем в приборах отопления обогреваемых помещение за один час или за какой-то период времени z, ч, по формулам:

Qпр = G -с (t1 – t2), Дж/ч (1)
Qпр = G -с (t1 -t2) -z, Дж. (2)

При этом, для поддержания постоянной температуры воздуха внутри помещения t_помп = Const, это количество теплоты Q_пр должно соответствовать потерям теплоты помещением (зданием) – Q_пом, равной сумме тепловых потерь через наружные ограждающие конструкции помещения (наружные стены, двери и окна, полы и потолки), называемые трансмиссионными – Q_трансм, и расходам теплоты на подогрев поступающего наружного вентиляционного воздуха – Q_вент, а в производственных зданиях, кроме этого, и на нагрев технологических материалов и изделий – Q_техн, ввозимых с улицы.

Должен соблюдаться тепловой баланс:

В последние годы стали учитывать также и внутренние теплопоступления – тепловыделения: от находящихся в помещениях людей, от бытовых электрических и варочных приборов, от технологических аппаратов, от готовой продукции и изделий, от солнечной радиации и др. Эти тепловыделения Q_твн, Дж/ч, уменьшают потребность помещения (здания) в теплоте, которую оно должно получить от системы отопления. Тепловой баланс помещения с учетом внутренних тепловыделений будет выглядеть следующим образом:

Q_пом =Q_пр = Q_трансм + Q_вент + О_техн – Q_твн, Дж/ч (4)

Для эффективного заполнения системы водяного отопления теплоносителем (обычно водой) и удерживания циркуляционного кольца в заполненном состоянии, а также для опорожнения системы необходимо наличие еще трех обязательных элементов – подпиточного устройства (насоса), устройства спуска и расширительного бака.

С помощью устройства подпитки вся система, включающая источник теплоснабжения, циркуляционный насос, подающие и обратные магистрали трубопроводов (подача и обратка), все расположенные в помещении приборы отопления, а также расширительный бак, медленно (через обратную линию) заполняются теплоносителем (водой). В процессе заполнения или подпитке системы теплоноситель вытесняет воздух из внутренних полостей трубопроводов и отопительных приборов вверх, в расширительный бак или в специальные, так называемые воздушники. В некоторых П-образных системах отопления воздушники (краны Маевского) устанавливают в верхних заглушках отопительных приборов.

Если воздух из системы не удалось полностью удалить, то образуются воздушные пробки, которые разрывают поток теплоносителя в трубопроводах и приборах отопления и препятствующие циркуляции его в системе. Нередко встречаются случаи аварийного выхода из строя систем из-за нарушения режима циркуляции (перегрева теплоносителя из-за воздушных пробок). Для эффективного воздухоудаления подающие магистрали трубопроводов устанавливают с небольшим уклоном (i = 0,010) в направлении от главного стояка в сторону приборов отопления, а трубопроводы выполняющие обратную подачу – с тем же уклоном от приборов отопления в сторону источника отопления (теплогенератора) к спускному крану.

При нагреве теплоносителя из него в виде пузырьков выделяются растворенные в холодной воде газы – кислород, азот и углекислый газ, которые таким же образом (через расширительный бак или воздушники) удаляются из системы при эксплуатации ее.

Прокладка разводящих трубопроводов с уклоном позволяет также быстро удалять теплоноситель в случаях опорожнения их для ремонтных целей, предотвращает «зависание» теплоносителя в трубах.

Расширительный бак объемом V (м3) монтируется в самой верхней точке системы (как правило это чердачное помещение), и обязательно утепляется. Он является своеобразным буфером системы отопления, и своим объемом позволяет компенсировать изменение объема циркулирующего теплоносителя – увеличения при нагреве и уменьшения при охлаждении, а также возмещать небольшую потерю его за счет испарения и возможных утечек через неплотности системы. Оборудованный сигнальной и переливной трубами открытый расширительный бак позволяет персоналу периодически контролировать заполненность системы теплоносителем (водой), наполнять и пополнять ее подпиточным устройством при необходимости.

В небольших домовых и коттеджных системах отопления такие наполнения и подпитку ведут из питьевого водопровода, открывая кран на линии подпитки. При отсутствии водопровода ее осуществляют либо с помощью электрического, либо ручного насоса, присоединяемого к промежуточной, периодически пополняемой водой при закачке емкости. В системах водяного отопления крупных многоэтажных зданий для этих целей устанавливают специальные подпиточные насосы и подпитку ведут специально подготовленной умягченной и деаэрированной водой для предотвращения коррозии и зарастания металлических трубопроводов.

В самой нижней точке системы отопления на обратной магистрали трубопровода (обратке) устанавливается спускной кран, при помощи которого осуществляют спуск теплоносителя (воды) из системы, в случаях проведения ремонтных работ или отключения на длительный срок во избежание замораживания в зимний период. Чтобы избежать «зависания» теплоносителя в трубопроводных магистралях и отопительных приборах при спуске следует открывать воздушники установленные в верхних точках системы.

Циркуляционный насос системы отопления устанавливается, как правило, на трубопроводе выполняющем обратную подачу (обратка) перед источником отопления (теплогенератором). В крупных разветвленных системах отопления зданий обычно устанавливают несколько (2-3) циркуляционных насоса (один резервный).

Все упомянутые обязательные элементы систем водяного отопления – теплогенератор, циркуляционный насос, отопительные приборы, расширительный бак, воздушники и подпиточное устройство, приборы КИПиА соединяются между собой трубопроводами в определенной последовательности и порядке, образуя сложную гидравлическую циркуляционную систему – систему замкнутых сообщающихся между собой сосудов и колец, заполненных теплоносителем.

• Отопление частного дома
• Расширительный бак
• Циркуляционный насос