Водяные системы отопления

В системах водяного о т о п л е н и я циркули­рующая нагретая вода охлаждается в отопительных при­борах и возвращается в тепловой центр для последующе­го нагревания.

Системы водяного отопления подразделяют на низко­температурные с предельной температурой горячей воды Тг 100°С. Макси­мальное значение температуры воды ограничено в насто­ящее время 150 °С.

Вода как теплоноситель обладает рядом преимуществ: высокая теплоемкость и относительно высокая плотность при низкой вязкости обеспечивает высокую эффективность транспорта тепловой энергии. Преимуществом является также низкая стоимость воды, безопасность и экологическая чистота.

Недостатками воды являются: свойство воды расширяться при замерзании, способность растворять кислород, который в свою очередь вызывает коррозию металлов, а также соли жесткости, которые оседают на поверхностях трубопроводов и отопительных приборов.

Благодаря преимуществам и несмотря на недостатки, водяные системы отопления наиболее распространенные.

Системы водяного отопления различают по способу перемещения воды — они могут быть с естественным и механическим (насосным) побуждением.

Системы водяного отопления с естественным побуждением устраивают в небольших зданиях, так как циркуляционный напор в них, создаваемый разностью объемных масс охлажденной и нагретой воды в трубопроводе, незначительный. Радиус действия таких систем не должен превышать 30 м, а разность отметок осей котла и отопительных приборов по высоте должна быть не менее 3 м.

Системы водяного отопления с механическим (насосным) побуждением отличаются от системы с естественным побуждением наличием насосной установки, которая создает необходимый для нормальной циркуляции воды напор. Насосы могут быть установлены в здании, где находится система отопления, и обслуживать только эту систему или в центральном тепловом пункте и обслуживать группу систем отопления зданий. Расширительный бак присоединяют к системе отопления с механическим побуждением перед насосами; он служит (как и для систем с естественным побуждением) для восприятия увеличения объема воды при ее нагревании, а также для удаления воздуха из системы. Расширительный бак устанавливают в высшей точке системы отопления. При расположении насосов в ЦТП расширительный бак в системах отопления зданий обычно не устанавливают.

Системы центрального отопления по конструктивным признакам подразделяют:

по месту прокладки подающей магистрали — на системы с нижней и верхней разводкой;

по схеме присоединения отопительных приборов к подводящим трубопроводам — на двухтрубные и однотрубные;

по расположению трубопроводов объединяющих отопительные приборы — с вертикальными стояками и горизонтальными ветвями;

по направлению движения теплоносителя в магистралях — на системы с тупиковой схемой и с попутным движением воды;

по расположению замыкающих участков — на системы со смещенными и осевыми замыкающими участками.

Система центрального отопления здания состоит из разводящих магистралей (подающей и обратной), стояков, подводок, отопительных приборов, регулирующей и запорной арматуры, устройств для выпуска воздуха. Окончательная подготовка теплоносителя и создание требуемого напора теплоносителя осуществляются в ЦТП или ИТП, расположенном непосредственно в здании.

Рис. 6.4. Теплопроводы вертикальных систем центрального отопления с верхней (а) и нижней (б) разводкой; с «опрокинутой» циркуляцией воды.

Рис. 6.5. Теплопроводы горизонтальных систем водяного отопления с нижней разводкой (о) и верхней (б)

;—7 — см. на рис. V.1; 8 — однотрубные ветви; 9 — бифилярные ветви

Рис. 6.6. Схемы однотрубных стояков насосной системы водяного отопления с верхней разводкой

/ — проточный стояк; // и III— стояки с осевыми и смещенными замыкаю­щими участками; /V и V — проточно-регулируемые стояки; / — обратная магистраль; 2 — отопительные приборы; 3 — краны регулирующие проходные
(КРП); 4 — осевой замыкающий участок; 5 — подающая магистраль; 6 —
главный стояк; 7 — расширительный бак с соединительной трубой; 8 — сме­щенные замыкающие участки; 9 — краны регулирующие трехходовые (КРТ);
ТО — проточный воздухосборник; II — обходные участки; II — циркуляционный насос; 13 — теплообменник

Вертикальная однотрубная система с верхней развод­кой применяется в настоящее время со стояками всех трех типов — проточными, с замыкающими участками и проточно-регулируемыми — в многоэтажных зданиях, имеющих четыре — девять этажей и более.

Вертикальная однотрубная система с нижней развод­кой (с нижним расположением обеих магистралей) ста­ла распространяться с начала 60-х годов в связи с мас­совым строительством бесчердачных зданий (рис. VI.3). В так называемых П-образных стояках (состоящих из восходящей и нисходящей частей) этой системы приме­нялись и проточные приборные узлы (стояк /), и узлы с замыкающими участками (стояк //), и проточно-регу­лируемые узлы (стояк IV). При непарных отопительных приборах «холостой» делали восходящую часть стояков (стояки III и V). В пробках верхних радиаторов или в верхних точках стояков с конвекторами устанавлива­ли воздушные краны. Регулирующие краны КРП и КРТ помещали на подводках, по которым теплоноситель по­дается в приборы.

В стояках по типу стояка // (см. рис. VI.3) при дви­жении воды снизу вверх уменьшается затекание ее в при­боры, особенно при увеличенном их сопротивлении. По­этому предпочтение отдавалось проточно-регулируемым приборным узлам с односторонним присоединением при­боров к трубам и смещенными обходными участками ‘(стояк IV). В таком виде эту систему применяют в на­стоящее время в бесчердачных многоэтажных (три — семь этажей и более) зданиях, имеющих технические подполья или подвальные помещения.

Систему отопления с П-образными стояками можно включать в действие в процессе монтажа поэтажно ‘(с временными перемычками), и эту особенность систе­мы используют в зимнее время при выполнении внутрен­них отделочных работ в строящемся многоэтажном зда­нии.

Рис. 6.7. Схемы однотрубных стояков насосной системы водяного отопления с нижней разводкой

1 — проточный стояк; // и /// — стояки со смещенными замыкающими участ­ками: IV н V — проточно-регулируемые стояки (обозначения 1—13 см. на рис. V1.2); 14 — воздушный кран

Устройство систем отопления должно соответствовать СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». Для монтажа системы отопления используют водогазопроводные (ГОСТ 3262—75) и электросварные трубы (ГОСТ 10704—76).

В системах отопления жилых и общественных зданий применяют следующие отопительные приборы: чугунные радиаторы МС-140, М-140АО, М-140А; настенные конвекторы с кожухом «Комфорт-20» (ГОСТ 20849—75); напольные островные конвекторы с кожухом низкие («Ритм», «Ритм-1500») и высокие KB; стальные настенные конвекторы без кожуха «Аккорд»; конвекторы «Север» без кожуха.

Для автоматического удаления воздуха из системы водяного отопления используют: автоматические воздухоотводчики ВНИИСТО и ВНИИГС; для выпуска воздуха из отопительных приборов используют воздуховыпускной кран конструкции Н.Б. Маевского.

Для централизованного сбора воздушных пузырьков, перемещающихся в среде теплоносителя в системе отопления, применяют горизонтальные и вертикальные воздухосборники, а для компенсации тепловых изменений объема воды, ограничения гидравлического давления в системах водяного отопления и удаления воздуха — расширительные баки.

Монтаж системы центрального отопления здания производят в такой последовательности: монтаж теплового ввода; монтаж разводящих магистралей; монтаж стояков и подводок. Установку отопительных приборов осуществляют до монтажа трубопроводов или одновременно с монтажом трубопроводов.

Магистральные трубопроводы диаметром до 50 мм собирают на сварке или резьбе, а свыше 50 мм — только на сварке и прокладывают в основном открыто.

При этом трубопроводы систем водяного отопления прокладывают с уклоном 0,002.

Крепления трубопроводов должны обеспечивать их свободное перемещение по горизонтали.

Расстояние от подающих трубопроводов до внутренней поверхности наружных стен при верхней разводке должно быть не менее 1 м, а при параллельной прокладке подающей и обратной магистрали расстояние между ними в свету должно быть не менее 200 мм.

От стен канала или подвала трубы следует прокладывать на расстоянии не менее 110 мм для возможности их изоляции.

В низших точках магистральных трубопроводов предусматривают водоспускные, а в верхних — воздухоудаляющие устройства.

Магистральные трубопроводы и стояки, проходящие через стены, перекрытия и перегородки, помещают в металлические гильзы. Гильзы, изготовленные из обрезков труб или из кровельной стали, должны быть несколько больше диаметра трубы (минимальный зазор 15 мм), чтобы обеспечить свободное перемещение трубы относительно строительных конструкций при температурных удлинениях. Гильзы на 20—30 мм должны выступать из пола. При температуре теплоносителя свыше 105 °С пространство между трубой и гильзой заполняют асбестом или другим огнеупорным материалом, а трубопроводы располагают на расстоянии не менее 100-мм от сгораемых конструкций зданий.

Магистральные теплопроводы системы отопления так же, как и трубопроводы системы покрывают тепловой изоляцией для снижения теплопотерь.

Дата добавления: 2017-11-21 ; просмотров: 1223 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

6. Виды систем центрального отопления и принципы их действия

Теплоносителями в системах центрального отопления могут быть вода, пар и воздух; соответствующие системы называют системами водяного, парового или воздушного отопления. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки.

Достоинствами системы парового отопления являются значительно меньшие ее стоимость и расход металла по сравнению с другими системами: при конденсации 1 кг пара освобождается примерно 535 ккал, что в 15—20 раз больше количества тепла, выделяющегося при остывании 1 кг воды в нагревательных приборах, и поэтому паропроводы имеют значительно меньший диаметр, чем трубопроводы системы водяного отопления. В системах парового отопления меньше и поверхность нагревательных приборов. В помещениях, где люди пребывают периодически (производственные и общественные здания), система парового отопления даст возможность производить отопление с перерывами и при этом не возникает опасность замерзания теплоносителя с последующим разрывом трубопроводов.

Недостатками системы парового отопления являются ее низкие гигиенические качества: находящаяся в воздухе пыль пригорает на нагревательных приборах, нагретых до 100°С и более; регулировать теплоотдачу этих приборов невозможно и большую часть отопительного периода система должна работать с перерывами; наличие последних приводит к значительным колебаниям температуры воздуха в отапливаемых помещениях. Поэтому системы парового отопления устраивают только в тех зданиях, где люди пребывают периодически — в банях, прачечных, душевых павильонах, вокзалах и в клубах.

На системы воздушного отопления расходуется мало металла, и они могут одновременно с обогревом помещения выполнять его вентиляцию. Однако стоимость системы воздушного отопления жилых зданий выше, чем других систем.

Системы водяного отопления имеют большие стоимость и металлоемкость по сравнению с паровым отоплением, но они обладают высокими санитарно-гигиеническими качествами, обеспечивающими им широкое распространение. Их устраивают во всех жилых зданиях высотой более двух этажей, в общественных и большинстве производственных зданий. Централизованное регулирование теплоотдачи приборов в этой системе достигается путем изменения температуры поступающей в них воды.

Системы водяного отопления различают по способу перемещения воды и конструктивным решениям.

По способу перемещения воды различают системы с естественным и механическим (насосным) побуждением. Системы водяного отопления с естественным побуждением. Принципиальная схема такой системы состоит из котла (генератора тепла), подающего трубопровода , нагревательных приборов 4, обратного трубопровода 5 и расширительного сосуда, Нагретая в котле вода поступает в нагревательные приборы, отдает в них часть своего тепла на компенсацию потерь тепла через наружные ограждения отапливаемого здания, затем возвращается в котел и далее циркуляция воды повторяется. Ее движение происходит под действием естественного побуждения, возникающего в системе при нагреве воды в котле. Выясним причину возникновения этого побуждения и его величину.

Предположим, что: 1) все трубопроводы системы имеют такую тепловую изоляцию, что температура воды в них между котлом и приборами не изменяется и 2) в верхних половинах котла и приборов температура воды расчетная максимальная и плотность ее aг (кг/м3), а в нижних половинах котла и приборов она расчетная минимальная с плотностью р0 (кг/м3). При этих условиях определим силу, заставляющую каплю воды а перемещаться по обратному трубопроводу 5 к котлу. Причиной перемещения может быть только неравенство массы столбов воды, действующих на каплю с обеих сторон. Рассекая по высоте систему на три зоны — над осью прибора 4, между осями прибора 4 и котла / и ниже оси котла /, можно установить следующее:

1) в зоне побуждение не создастся, так как высота вертикальных трубопроводов, находящихся в этой зоне, и плотность

воды (в них одинаковы и, следовательно, одинаково и давление, создаваемое соответствующими столбами воды на каплю а;

2) в зоне побуждение не создается по той же причине, что и в зоне;

3) в зоне побуждение создается, так как в левом трубопроводе горячая вода имеет плотность меньшую, чем охлажденная в правом трубопроводе.

Из формулы следует, что естественное побуждение в системе водяного отопления будет тем выше, чем больше расстояние по высоте между осями котла и нагревательного прибора и разность между температурами горячей и обратной воды в системе (и соответственно разность до — дг).

Однако эта величина определена исходя из предположения, что трубопроводы изолированы так, что они не теряют тепло. Практически тепло в них теряется, и температура воды по мере удаления от котла уменьшается, что создает дополнительное давление Ар, величина которого зависит от горизонтального расстояния и от числа этажей в здании.

Последнее слагаемое в формуле мало по сравнению с первым и его учитывают только при расчете систем квартирного отопления.

Циркуляционное давление, создавшееся при работе системы, расходуется на преодоление сопротивления движению воды по трубам (от трения воды о стенки труб) и на местные сопротивления (в отводах, кранах, вентилях, нагревательных приборах, котлах, тройниках, крестовинах и т. д.).

Величина этих сопротивлений тем больше, чем выше скорость движения воды в трубах (если скорость увеличится в два раза, то сопротивление — в четыре раза, т. е. в квадратичной зависимости). В системах с естественным побуждением в зданиях небольшой этажности величина действующего давления невелика, и поэтому в них нельзя допускать больших скоростей движения воды в трубах; следовательно, диаметры труб должны быть большими. Система может оказаться экономически невыгодной. Поэтому применение систем с естественной циркуляцией допускается лишь для небольших зданий. Радиус действия таких систем не должен превышать 30 м , а величина к должна быть не менее 3 м .

При нагревании воды в системе объем ее увеличивается. Для вмещения этого дополнительного объема воды в системах отопления предусматривается расширительный сосуд 3; в системах с верхней разводкой и естественным побуждением он одновременно служит для удаления из них воздуха, выделяющегося из воды при ее нагреве в котлах.

Системы водяного отопления с насосным побуждением. Система отопления всегда заполнена водой и задачей насосов является создание давления, необходимого только для преодоления сопротивления движению воды. В таких системах одновременно действуют естественное и насосное побуждения; суммарное давление для двухтрубных систем с верхней разводкой, кгс/м2 (Па)

По экономическим соображениям рш обычно принимают в размере 5—10 кгс/м2 на 1 м (49—98 Па/м).

Достоинствами систем с насосным побуждением является снижение затрат на трубопроводы (их диаметр меньше, чем в системах с естественным побуждением) и возможность от одной котельной снабжать теплом ряд зданий.

Приборы описанной системы, расположенные на разных этажах здания, работают в разных условиях. Давление р2, обеспечивающее циркуляцию воды через прибор второго этажа, примерно в два раза больше, чем давление р1 для прибора нижнего этажа. В то же время суммарное сопротивление кольца трубопровода, проходящего через котел и прибор второго этажа, примерно равно сопротивлению кольца, проходящего через котел и прибор первого этажа. Поэтому первое кольцо будет работать с избыточным давлением, в прибор на втором этаже поступит больше воды, чем нужно по расчету, и соответственно уменьшится количество воды, проходящее через прибор на первом этаже.

В результате в отапливаемом данным прибором помещении второго этажа наступит перегрев, а в помещении первого этажа — недогрев. Для устранения этого явления применяют специальные методы расчета систем отопления, а также пользуются устанавливаемыми на горячей подводке к приборам кранами двойной регулировки. Если прикрыть эти краны у приборов на втором этаже, можно полностью погасить избыточное давление и тем самым отрегулировать расход воды по всем приборам, находящимся на одном стояке. Однако неравномерность распределения воды в системе, возможна и по отдельным стоякам. Объясняется это тем, что длина колец и, следовательно, суммарные их сопротивления в такой системе для всех стояков неодинаковы: наименьшее сопротивление имеет кольцо, проходящее через стояк (ближайший к главному стояку); наибольшее сопротивление имеет самое длинное кольцо, проходящее через стояк.

Распределить воду по отдельным стоякам, как это следует по проекту, можно путем соответствующей регулировки установленных на каждом стояке пробочных (проходных) кранов.

Для циркуляции воды устанавливают два насоса — один рабочий, второй — запасной. Вблизи насосов делают обычно закрытую, обводную линию с задвижкой. В случае прекращения подачи электроэнергии и остановки насоса задвижка открывается, и система отопления работает с естественной циркуляцией.

В системе с насосным побуждением расширительный бак присоединяется к системе перед насосами, и поэтому накапливающийся воздух через него не может удаляться. Для удаления воздуха в смонтированных ранее системах концы подающих стояков были продолжены воздушными трубами, на которых установлены вентили (для отключения стояка на ремонт). Воздушная магистраль в месте присоединения к воздухосборнику выполнена в виде петли, препятствующей циркуляции воды через воздушную магистраль. В настоящее время вместо такого решения применяют воздушные краны, ввинченные в верхние пробки радиаторов, установленных на верхнем этаже здания.

Системы отопления с нижней разводкой в эксплуатации более удобны, чем системы с верхней разводкой. Через подающую магистраль не теряется столько тепла и можно своевременно обнаружить и устранить утечку воды из нее. Чем выше помещен нагревательный прибор в системах с нижней разводкой, тем, следовательно, больше давление, имеющееся в кольце. Чем больше длина кольца, тем больше его суммарное сопротивление; поэтому в системе с нижней разводкой избыточные давления у приборов верхних этажей значительно меньше, чем в системах с верхней разводкой и, следовательно, регулировка их проще. В системах с нижней разводкой величина естественного побуждения снижается из-за ого, что вследствие охлаждения в подающих стояках оды возникает тормозящее ее движение сверху вниз, поэтому суммарное давление, действующее в таких системах,

В настоящее время большое распространение получили однотрубные системы, в которых радиаторы обеими подводками присоединяются к одному стояку; такие системы проще монтируются и обеспечивают более равномерный прогрев всех нагревательных приборов. Наиболее распространена однотрубная система с нижней разводкой и вертикальными стояками.

Стояк такой системы состоит из подъемной и опускной частей. Трехходовые краны могут пропускать расчетное количество или часть воды в приборы в последнем случае остальное ее количество проходит, минуя прибор, через замыкающие участки . Соединение подъемной и опускной частей стояка производится прокладываемой под окнами верхнего этажа соединительной трубой. В верхних пробках приборов, находящихся на верхнем этаже, устанавливают воздушные краны, через которые слесарь удаляет из системы воздух во время пуска системы или обильной подпитки ее водой.

В однотрубных системах вода последовательно проходит через все приборы, и поэтому они должны быть тщательно отрегулированы. В случае необходимости регулировку теплоотдачи отдельных приборов осуществляют с помощью трехходовых кранов, а расход воды по отдельным стоякам — проходными (пробочными) кранами или установкой в них дросселирующих шайб. Если стояк будет поступать чрезмерно большое количество воды, то первые по ходу движения воды нагревательные приборы стояка отдадут тепла больше, чем это необходимо по расчету.

Как известно, циркуляция воды в системе, помимо давления, создаваемого насосом и естественным побуждением, получается и от дополнительного давления Ар, возникающего в результате охлаждения воды при движении по трубопроводам системы. Наличие этого давления позволило создать системы квартирного водяного отопления, котел которого не заглублен, а его устанавливают обычно на полу кухни. В таких случаях расстояние, следовательно, система работает только за счет дополнительного давления, возникающего в результате охлаждения воды в трубопроводах. Расчет таких систем отличается от расчетов систем отопления здании.

Системы квартирного водяного отопления в настоящее время широко применяют взамен печного отопления в одно- и двухэтажных зданиях в газифицируемых городах: в таких случаях вместо котлов устанавливают автоматические газовые водонагреватели (ЛГВ), обеспечивающие не только отопление, но и горячее водоснабжение.