Одноступенчатая схема ГВС с использованием обратной теплосетевой воды

Ю.Н. Алешкин, главный инженер сектора теплоснабжения,
ГУП «Моспроект-2» им. М.В. Посохина;
К.Ю. Бойко, начальник отдела продаж теплообменного оборудования,
ООО «ТехноИнжПромСтрой», г. Москва

(Публикуется в порядке обсуждения)

При разработке проектов инженерного обеспечения зданий проектировщикам в ряде случаев приходится сталкиваться с нехваткой площадей для размещения оборудования встроенных индивидуальных тепловых пунктов (ИТП). Эта проблема особенно актуальна, когда стоимость 1 м2 здания достаточно высока. Существенно сократить площади помещений, занимаемых стандартным оборудованием ИТП при традиционных схемах подключения системы ГВС (рис. 1а), и при этом выполнить необходимые нормы не всегда представляется возможным, поэтому решение данной проблемы заключается в применении нетиповых схем. Это не противоречит существующим нормам, т.к. в пп. 3.20 СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» указано, что могут применяться любые схемы присоединения потребителей теплоты к тепловым сетям, обеспечивающие минимальный расход воды в тепловых сетях и экономию тепловой энергии.

Ниже представлен один из таких вариантов (не указанный в СП 41-101-95) — одноступенчатая схема подключения водоподогревателя ГВС с частичным использованием обратной теплосетевой воды (рис. 1б). Особенность предложенной схемы — использование тепловой энергии обратной воды из системы отопления здания в смеси с водой из подающего трубопровода тепловой сети для нагрева холодной воды и компенсации теплопотерь в системе циркуляции ГВС. Смешение воды для получения необходимой температуры теплоносителя на входе в теплообменник обеспечивается трехходовым клапаном. Не использующийся в теплообменнике объем воды из системы отопления через регулятор перепуска поступает в обратный трубопровод тепловой сети.

Сравнение режимов работы типовой двухступенчатой и предлагаемой одноступенчатой схемы подключения ГВС показывает, что:

■ в летний период их работа существенно не отличается (подогрев холодной воды из наружной водопроводной сети и компенсация теплопотерь в системе циркуляции ГВС осуществляется водой из подающего трубопровода теплосети);

■ в зимний и переходный периоды в предлагаемой схеме смесь холодной воды и воды из системы циркуляции подогревается смесью обратной воды из системы отопления и воды из подающего трубопровода.

Для качественного сравнения схем на рис. 2 представлен график изменения расхода теплоносителя (из подающего трубопровода тепловой сети) на нужды ГВС в зависимости от температуры наружного воздуха, построенный на примере проекта офисного здания в г. Москве.

■ экономия площадей в ИТП (несмотря на использование теплообменника с увеличенными габаритами, существенное уменьшение занимаемой площади достигается за счет отсутствия второго теплообменника и его зоны обслуживания, включая уменьшение количества соединительных трубопроводов и арматуры);

■ экономия затрат на оборудование (теплообменники, запорная арматура, контрольно-измерительные приборы, трубы, изоляция);

■ экономия при эксплуатации и обслуживании (промывка, замена прокладок только для одного теплообменника);

■ теплообменник при расчетном температурном графике по греющему контуру 70-25 О С, по нагреваемому — 5-60 О С работает более сбалансированно (в отношении расходов теплоносителей и потерь напора), в отличие от теплообменника первой ступени ГВС двухступенчатой схемы, где расход греющего теплоносителя зачастую в несколько раз превосходит расход нагреваемого теплоносителя, что ведет к «раздуванию» размеров теплообменника первой ступени;

■ автоматический перевод режима работы системы ГВС зима/лето благодаря использованию трехходового клапана смешения с электроприводом;

■ на рис. 2 видно, что в зимний период при температуре наружного воздуха -18^-28 О С и при отсутствии водоразбора компенсация теплопотерь в системе циркуляции ГВС в предлагаемой схеме обеспечивается только за счет тепловой энергии обратной воды из системы отопления, что уменьшает общий расход сетевой воды (в отличие от двухступенчатой схемы, где во всех случаях компенсация теплопотерь осуществляется во второй ступени за счет теплоты сетевой воды из подающего трубопровода).

Необходимо учитывать, что в переходный период предлагаемая схема работает с незначительным превышением (в пределах 10%) таких параметров, как температура обратной сетевой воды и расход сетевой воды (рис. 2) по сравнению с работой двухступенчатой смешанной схемы.

Таким образом, одноступенчатая схема ГВС с использованием обратной воды системы отопления включает в себя достоинства как одноступенчатой схемы (простота, дешевизна), так и двухступенчатой смешанной схемы ГВС (использование тепла обратной воды системы отопления).

Данная схема не ограничивается применением только для подключения систем ГВС, а также может использоваться для подключения систем «теплых полов», подогрева воды в бассейне, вентиляции.

В процессе реализации проекта административного здания в г. Москве был запроектирован более простой вариант предлагаемой одноступенчатой схемы с использованием обратной теплосетевой воды — с двухходовым клапаном (рис. 1в).

Типовые схемы систем отопления и способы подключения радиаторов

Системами отопления являются искусственно созданные инженерные сети различных сооружений, основными функциями которых является обогрев зданий в зимнее и переходное время года, компенсация всех теплопотерь строительных конструкций, а также поддержание параметров воздуха на комфортном уровне.

Разновидности разводки отопления

В зависимости от способа подвода теплоносителя к радиаторам распространение получили следующие схемы систем обогрева зданий и сооружений:

Данные способы отопления принципиально различаются друг от друга, и каждый обладает как положительными свойствами, так и отрицательными.

Однотрубная схема отопительных систем

Однотрубная система отопления: вертикальная и горизонтальная разводка.

В однотрубной схеме систем отопления подвод горячего теплоносителя (подача) к радиатору и отвод остывшего (обратка) осуществляется по одной трубе. Все приборы относительно направления движения теплоносителя соединены между собой последовательно. Поэтому температура теплоносителя на входе в каждый последующий радиатор по стояку значительно снижается после снятия тепла с предыдущего радиатора. Соответственно теплоотдача радиаторов с удалением от первого прибора снижается.

Такие схемы используются, в основном, в старых системах центрального теплоснабжения многоэтажных зданий и в автономных системах гравитационного типа (естественная циркуляция теплоносителя) в частных жилых домах. Главным определяющим недостатком однотрубной системы является невозможность независимой регулировки теплоотдачи каждого радиатора в отдельности.

Для устранения этого недостатка возможно использование однотрубной схемы с байпасом (перемычкой между подачей и обраткой), но и в этой схеме первый радиатор будет на ветке всегда самый горячий, а последний самым холодным.

В многоэтажных домах используется вертикальная однотрубная система отопления.

В многоэтажных домах использование такой схемы позволяет экономить на длине и стоимости подводящих сетей. Как правило, отопительная система выполнена в виде вертикальных стояков, проходящих через все этажи здания. Теплоотдача радиаторов рассчитывается при проектировании системы и не может быть отрегулирована с помощью радиаторных вентилей или другой регулирующей арматуры. При современных требованиях к комфортным условиям в помещениях, эта схема подключения приборов водяного обогрева не удовлетворяет требованиям жителей квартир, находящихся на разных этажах, но присоединенных к одному стояку системы отопления. Потребители тепла вынуждены «терпеть» перегрев или недогрев температуры воздуха в переходный осенний и весенний период.

Отопление по однотрубной схеме в частном доме.

В частных домах однотрубная схема используется в гравитационных отопительных сетях, в которых циркуляция горячей воды осуществляется благодаря дифференциалу плотностей нагретого и остывшего теплоносителей. Поэтому такие системы получили название естественных. Главным плюсом этой системы является энергонезависимость. Когда, например, при отсутствии в системе циркуляционного насоса, подключаемого к сетям электроснабжения и, в случае перебоев с энергопитанием, система отопления продолжает функционировать.

Главным недостатком гравитационной однотрубной схемы подключения является неравномерное распределение температуры теплоносителя по радиаторам. Первые радиаторы на ветке будут самые горячие, а по мере удаления от источника тепла температура будет падать. Металлоемкость гравитационных систем всегда выше, чем у принудительных за счет большего диаметра трубопроводов.

Видео о устройстве однотрубной схемы отопления в многоквартирном доме:

Двухтрубная схема отопительных систем

В двухтрубных схемах подвод горячего теплоносителя к радиатору и отвод остывшего из радиатора осуществляются по двум разным трубопроводам отопительных систем.

Существует несколько вариантов двухтрубных схем: классическая или стандартная, попутная, веерная или лучевая.

Двухтрубная классическая разводка

Классическая двухтрубная схема разводки система отопления.

В классической схеме направление движения теплоносителя в подающем трубопроводе противоположно движению в обратном трубопроводе. Эта схема наиболее распространена в современных системах отопления как в многоэтажном строительстве, так и в частном индивидуальном. Двухтрубная схема позволяет равномерно распределять теплоноситель между радиаторами без потерь температуры и эффективно регулировать теплоотдачу в каждом помещении, в том числе автоматически путем использования термостатических клапанов с установленными термоголовками.

Такое устройство имеет двухтрубная система отопления в многоэтажном доме.

Попутная схема или «петля Тихельмана»

Попутная схема разводки отопления.

Попутная схема является вариацией классической схемы с тем отличием, что направление движения теплоносителя в подаче и обратке совпадает. Такая схема применяется в системах отопления с длинными и удаленными ветками. Использование попутной схемы позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление ветки и равномерно распределить теплоноситель по всем радиаторам.

Веерная (лучевая)

Веерная или лучевая схема используется в многоэтажном строительстве для поквартирного отопления с возможностью установки на каждую квартиру прибора учета тепла (теплосчетчика) и в частном домостроении в системах с поэтажной разводкой трубопроводов. При веерной схеме в многоэтажном доме на каждом этаже устанавливается коллектор с выходами на все квартиры отдельного трубопровода и установленным теплосчетчиком. Это позволяет каждому владельцу квартиры учитывать и оплачивать только им потребленное тепло.

Веерная или лучевая система отопления.

В частном доме веерная схема используется для поэтажного распределения трубопроводов и для лучевого подключения каждого радиатора к общему коллектору, т. е. к каждому радиатору походит отдельная труба подачи и обратки от коллектора. Такой способ подключения позволяет максимально равномерно рассредоточить теплоноситель по радиаторам и уменьшить гидравлические потери всех элементов системы отопления.

Обратите внимание! При веерной разводке трубопроводов в пределах одного этажа монтаж осуществляется цельными (не имеющими разрывов и разветвлений) отрезками труб. При использовании полимерных многослойных или медных труб все трубопроводы могут быть залиты в бетонную стяжку, тем самым снижается вероятность разрыва или подтекания в местах состыковки элементов сети.

Разновидности подключения радиаторов

Основными способами подключения приборов отопительных систем является несколько типов:

• Боковое (стандартное) подключение;
• Диагональное подключение;
• Нижнее (седельное) подключение.

Боковое подключение

Боковое подключение радиатора.

Подключение с торца прибора – подача и обратка находятся с одной стороны радиатора. Это наиболее распространенный и эффективный способ подключения, он позволяет снять максимальное количество тепла и использовать полностью теплоотдачу радиатора. Как правило, подача находится сверху, а обратка снизу. При использовании специальной гарнитуры возможно подключение снизу–вниз, это позволяет максимально спрятать трубопроводы, но снижает теплоотдачу радиатора на 20 – 30%.

Диагональное подключение

Диагональное подключение радиатора.

Подключение по диагонали радиатора – подача находится с одной стороны прибора сверху, обратка с другой стороны снизу. Такой тип подключения используется в тех случаях, когда длина секционного радиатора превышает 12 секций, а панельного 1200 мм. При установке длинных радиаторов с боковым подключением присутствует неравномерность прогрева поверхности радиатора в наиболее удаленной от трубопроводов части. Чтобы радиатор прогревался равномерно, применяют диагональное подключение.

Нижнее подключение

Нижнее подключение с торцов радиатора

Подключение с низа прибора – подача и обратка находятся внизу радиатора. Такое подключение используется для максимально скрытого монтажа трубопроводов. При монтаже секционного прибора отопления и подключения его нижним способом подающий трубопровод подходит с одной стороны радиатора, а обратный с другой стороны нижнего патрубка. Однако эффективность теплоотдачи радиаторов при такой схеме снижается на 15-20%.

Нижнее подключение радиатора.

В случае когда нижнее подключение используется для стального панельного радиатора, тогда все патрубки на радиаторе находятся в нижнем торце. Конструкция самого радиатора при этом выполнена таким образом, что подача поступает по коллектору сначала в верхнюю часть, а затем обратка собирается в нижнем коллекторе радиатора, тем самым теплоотдача радиатора не снижается.

Нижнее подключение в однотрубной схеме отопления.