О качественно-количественном регулировании подачи теплоты в здания

О.Д.Самарин, доцент, канд. техн. наук,
Пуликова М.И., инженер (МГСУ)

В практике реализации централизованного теплоснабжения в России принято осуществлять качественное регулирование подачи теплоты потребителям в течение отопительного периода за счет изменения температуры воды в подающей магистрали тепловой сети Т₁, о С, в зависимости от текущей температуры наружного воздуха t_н, о С [1]. Это связано с необходимостью поддержания стабильного гидравлического режима наружных тепловых сетей за счет постоянства расхода циркулирующей в них воды. Такое регулирование производится на теплоисточнике по специальному температурному графику, который рассчитывается, исходя из характеристик отопительных приборов в преобладающей части зданий, обслуживаемых данным источником. В этом случае контур регулирования получается незамкнутым, поскольку обратная связь по результатам измерения температуры воздуха в помещениях, как правило, используется только для местного и индивидуального регулирования, дополняющего центральное. Следовательно, имеет место регулирование «по возмущению».

Однако возможны ситуации, когда фактически установленные в здании отопительные приборы имеют иную зависимость теплоотдачи от среднего температурного напора, чем это было принято в расчете графика центрального регулирования. Тогда локальный температурный график для рассматриваемого объекта также будет иным. Поэтому в случае независимого присоединения местной системы отопления через поверхностный теплообменник при постоянстве расхода воды в данной системе, вызванного, опять-таки, потребностью в стабилизации ее гидравлического режима, поддержание такого графика в течение отопительного периода будет возможно только при изменении количества сетевой воды, подаваемой в теплообменник.

Следует, однако, заметить, что при оборудовании отопительных приборов автоматическими терморегуляторами (термоклапанами), что в настоящее время при новом строительстве осуществляется в обязательном порядке [2], неизменность общего расхода теплоносителя в системе отопления не столь актуальна, так как возникающее в такой конструкции высокое гидравлическое сопротивление приборных узлов значительно повышает гидравлическую устойчивость местной системы. Одновременно такие устройства производят корректировку центрального регулирования применительно к особенностям конкретных помещений и установленных там отопительных приборов, причем контур регулирования получается уже замкнутым, поскольку основным контролируемым параметром становится температура внутреннего воздуха.

Тем не менее, было бы желательно минимизировать отклонения, вносимые в работу системы индивидуальными регуляторами, и исключить необходимость компенсации систематической ошибки, связанной с несовпадением центрального и локального температурных графиков. Это связано, в том числе, и с ограниченностью зоны пропорциональности у выпускаемых сейчас термоклапанов, которая обычно лежит в диапазоне 0.5 – 2 К [3]. При выходе внутренней температуры из этих пределов клапаны либо полностью закрываются, либо открываются, и дальнейшее регулирование прекращается. К тому же при активных колебаниях расхода начинается взаимное влияние разных клапанов, и качество поддержания теплового режима еще более ухудшается. Наконец, необходимо учесть и потребности существующих зданий с приборными узлами, оснащенными традиционной ручной арматурой.

Получим выражение для изменения относительного расхода сетевой воды через теплообменник в зависимости от относительной безразмерной разности δt температур внутреннего (t_в) и наружного (t_в) воздуха: ,

где t_н5 – расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки [4].

Как известно, график центрального качественного регулирования систем теплоснабжения описывается выражениями [1]:

(1)

где – расчетная разность температур воды в тепловой сети, вычисляемая по формуле

– средняя расчетная температура воды в тепловой сети, определяемая по соотношению:

n – показатель степени, характеризующий зависимость теплоотдачи отопительных приборов от перепада температур между водой и воздухом.

Аналогичные зависимости можно записать и для системы отопления, только вместо и здесь будут использоваться соответственно и .

На Рис.1 показаны результаты расчетов по данным выражениям. Красные линии обозначают температуры сетевой воды, черные – в системе отопления.

δt

Рис.1. График центрального качественного регулирования систем теплоснабжения и отопления

При этом были приняты следующие расчетные значения величин:

— температура воздуха в отапливаемом здании = 18°С [5];

— расчетная температура теплоносителя при t_н = t_н5 в подающем трубопроводе тепловой сети = 150°С;

— то же, в обратном = 70°С;

— показатель n = 0.25 [2] – для преобладающей части отопительных приборов конвективно-радиационного типа в районе, обслуживаемом системой теплоснабжения;

— то же, в подающем трубопроводе системы отопления: = 90 °С;

— то же, в обратном = 90 °С;

— показатель n = 0.33 [2] – для приборов конвективного типа, установленных в рассматриваемом здании.

Формулу для основной интересующей нас величины можно получить, если решить систему уравнений, включающих соотношения (1), уравнение теплопередачи в теплообменнике и выражение для среднелогарифмической разности температур. В безразмерном виде такое решение имеет следующий вид (2):

(2)

Здесь температуры с индексами «граф» представляют собой текущие значения, определяемые в зависимости от δt по графику центрального качественного регулирования (Рис.1). Степень 0.4 при параметре появляется при учете изменения коэффициента теплопередачи теплообменника от расхода воды в процессе эксплуатации [1]. Величина обозначает расчетную среднелогарифмическую разность температур в теплообменнике, которая может быть вычислена независимо через , , и и, таким образом, тоже является постоянной. Заметим, что в полученное выражение не входит расчетный коэффициент теплопередачи теплообменника и его поверхность нагрева, а также расчетная тепловая нагрузка и расчетные расходы воды в системах теплоснабжения и отопления.

На Рис.2 показана связь и δt в соответствии с уравнением (2) для рассматриваемого примера.

δt

Рис.2. Изменение относительного расхода сетевой воды через теплообменник в течение отопительного периода.

Поскольку (2) является неявной и к тому же нелинейной функцией, расчет приходится вести методом последовательных приближений.

Таким образом, при оптимальном для водяных систем отопления графике центрального регулирования определенному значению относительного расхода теплоносителя соответствует определенное значение его температуры (по Рис.1 при той же δt). Иными словами, оптимальный график центрального регулирования систем водяного отопления является графиком качественно-количественного регулирования. Легко видеть, что при повышении наружной температуры величина несколько снижается. Такое снижение и обеспечивается регулятором расхода сетевой воды, работающим в зависимости от текущего уровня наружной температуры.

1. А.А Ионин и др. Теплоснабжение. – М.: Стройиздат, 1982. – 336 с.

2. СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». – М.: ГУП ЦПП, 2004.

3. А.Н.Сканави, Л.М.Махов. Отопление. – М.: Изд-во АСВ, 2002. – 576 с.

4. СНиП 23-01-99 * «Строительная климатология». – М.: ГУП ЦПП, 2004.

5. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. – М.: – ГУП ЦПП, 1999.

Водяное отопление

Водяное отопление. Водяные системы отопления различают по способу циркуляции воды (с естественным и искусственным побуждением), по месторасположению разводящих магистралей (с верхней или нижней разводкой), по способу прокладки разводящих магистралей к отопительным стоякам (тупиковые и с попутным движением воды), по конструкции стояков и схеме присоединения к ним нагревательных приборов (двух-и однотрубные).

Системы с естественной циркуляцией воды (двух- и однотрубные) допускаются в зданиях с индивидуальной котельной при радиусе действия до 30 м и расстоянии по вертикали от центра прибора первого этажа до центра котла не менее 3 м (картинка 1). Водяные системы с естественной циркуляцией выполняются только с тупиковой разводкой магистралей. В малоэтажных жилых домах можно применять квартирную систему водяного отопления с верхней и нижней разводками и естественной циркуляцией. В остальных случаях водяное отопление устраивают с насосным побуждением циркуляции воды.

Верхнюю разводку с прокладкой подающих трубопроводов по тупиковой схеме следует применять при естественной циркуляции, сложности устройства подполь­ных каналов и отсутствии подвалов. Однотрубные вертикальные системы монтируюг с верхней разводкой и нижней с П-образными стояками. Нижняя разводка трубо­проводов особенно удобна в зданиях различной этажности и с плоской кровлей, а также при скоростном строительстве, когда по графику производства работ тре­буется обогрев помещения по мере готовности этажей здания. Тупиковая схема раз­водки имеет наименьшую протяженность и минимальные сечения магистральных тру­бопроводов, это общие сведения об отоплении.

При значительной протяженности циркуляционных колец, когда нет перерасхо­да труб на общих участках магистралей, в насосных симметричных системах можно применять схему разводки с попутным движением воды (картинка 2, рисунок 1). На картинке 2, рисунок 2 показаны горизонтальные системы водяного отопления в помещениях большой протяженности.

Двухтрубные системы по сравнению с однотрубными более сложны в монтаже, а при верхней разводке менее гидравлически устойчивы по вертикали, поэтому при­меняются они, как исключение, в зданиях высотой до 2 этажей.

Однотрубные системы более совершенны, чем двухтрубные — проще в монтаже и гидравлически устойчивы. Они бывают регулируемыми и нерегулируемыми, вер­тикальными и горизонтальными. Наибольшее распространение получили вертикаль­ные однотрубные системы со смещенными и осевыми замыкающими участками и ре­гулирующей арматурой на подводках отопительных приборов, а также нерегули­руемые однотрубные проточные системы.

Однотрубные стояки со смещенными замыкающими участками и трехходовыми кранами в радиаторных узлах несколько снижают расход нагревательных прибо­ров и обеспечивают компенсацию тепловых деформаций. Для повышения степени индустриализации заготовительно-монтажных работ однотрубные стояки рекомен­дуется выполнять с односторонним присоединением приборов (картинка 3, рисунок 1).

В современных многоэтажных жилых и общественных зданиях следует устраи­вать вертикальные однотрубные проточно-регулируемые системы водяного отопле­ния со смещенными замыкающими участками и трехходовыми кранами у нагрева­тельных приборов — радиаторов, конвекторов и бетонных греющих панелей. На подводках к приборам можно устанавливать также краны двойной регулировки. Однотрубные проточные (нерегулируемые) системы водяного отопления наиболее экономичны, но применяются лишь в зданиях, где не требуется регулирование тем­пературы воздуха отдельных помещений. Эти системы применяются в коммуналь­ных и производственных зданиях в качестве дежурного отопления, если в помещениях имеются теплоизбытки, а также допускаются в театрах, кинотеатрах и клубах (зри­тельные залы обслуживаются отдельными ветвями системы отопления).

Для отопления зданий с плоскими кровлями без чердаков или с совмещенными кровлями широко применяют вертикальные однотрубные проточно-регулируемые системы с нижней разводкой магистралей. В этих системах с П-образными одно­трубными стояками и трехходовыми кранами у нагревательных приборов (выбор и размещение отопительных приборов) можно постепенно наращивать стояки для поэтажного пуска системы отопления по мере возведения здания (картинка 3, рисунок 1). Нормы СН 419-70 рекомендуют применение П-образных стояков в зданиях до 12 этажей; в зданиях большей этажности во избежание увеличенных расходов теплоносителя приходится применять верхнюю раз­водку однотрубных стояков. Проточные и проточно-регулируемые однотрубное стояки применяют при устройстве конвекторов (картинка 3, рисунок 2).

Картинка 1. Системы водяного отопления с естественной циркуляцией; 1 — двухтрубные; 2 — однотрубные.

Картинка 2. Системы водяного отопления с насосной циркуляцией: 1- вертикальные с попутным движением воды (нагревательные приборы ие показаны); 2 — с горизонтальной разводкой трубопроводов.

В жилищном строительстве успешно внедряются системы с высоким гидравли­ческим сопротивлением при скорости воды в трубах более 0,5 м/с — однотрубная с нижней разводкой и греющими бетонными панелями, горизонтально-проточная с разнообразными приборами, в которых при повышенных скоростях теплоносителя воздух выносится из разводящих магистралей в стояки с воздухоотводчиками. Та­кие системы могут работать при обычных температурных перепадах 95-70° С и высокотемпературной воде, например, горизонтальные проточно-регулируемые од­нотрубные системы с поэтажным расположением разводящих труб по периметру здания под окнами или по плинтусам (картинка 3, рисунок 3). Устройство самостоятель­ных горизонтальных однотрубных ветвей от основной системы отопления целесооб­разно, например, в магазинах многоэтажных зданий, вестибюлях вокзалов, в спор­тивных сооружениях и т. д.

Картинка 3. Однотрубные системы отопления высокотемпературной водой: 1 — вертикальные с П-образными стояками (а, б — со смещенными замыкающими участками; в — проточный, или нерегулируемый); 2 — стояки с конвекторами; 3 — горизонтальные; 4 — с двумя перепадами температур в циркуляционных кольцах.

Представляет интерес система водяного отопления с двумя перепадами темпе­ратур теплоносителя в циркуляционных кольцах (работает от элеваторного узла и имеет две части). Охлажденный теплоноситель из первой части системы поступает в элеватор, где смешивается с горячей водой из тепловой сети, и возвращается в тепловую сеть, минуя элеватор (картинка 3, рисунок 4). Такая схема работы системы отопления позволяет получить экономию поверхности нагревательных приборов.

Отопление с чугунными, стальными штампованными радиаторами и греющими бетонными панелями или конвекторами с высокотемпературной водой осуществляется при насосной циркуляции по разнообразным схемам питания приборов теплоносите­лем. Температура воды, циркулирующей в чугунных радиаторах, в зависимости от схемы питания и расхода теплоносителя, на 8-12° С выше температуры наружной поверхности приборов. Это объясняется охлаждением и малой теплопроводностью слоя воды у стенок радиаторов, вследствие чего температура поверхности прибора зна­чительно ниже температуры ядра потока.

Питание нагревательных приборов при температуре воды 95°С следует осуществ­лять по схемам «сверху — вниз» или «снизу — вверх», а при температуре более 95° С — главным образом по схеме «снизу — вверх» (в зависимости от требуемой темпера­туры поверхности приборов). Воду с температурой > 105° С наиболее целесообразно подавать от ТЭЦ или районных котельных, так как при индивидуальных котель­ных, которые оборудованы малометражными котлами, работающими на низкокало­рийном топливе, получить высокотемпературную воду трудно. Питание обычной системы отопления (параметры 95-70° С) высокотемпературной водой (до 150° С) от ТЭЦ осуществляется с предварительным снижением температуры горячей воды (при зависимой схеме). Для этого в узлах управления тепловых вводов теплосети в здания (в тепловых пунктах) устанавливают водоструйные элеваторы для подме­шивания в высокотемпературную воду охлажденной воды из местной системы отоп­ления с температурой 70° С.

Давление на вводе тепловой сети в здание должно обеспечивать надежную рабо­ту элеваторного узла и циркуляцию воды во всех частях системы отопления. В необ­ходимых случаях предусматривают установку насосов для повышения циркуля­ционного давления в системе (например, при независимой схеме с теплообменни­ком). Величина суммарного статического и динамического давлений в системе водяного отопления не должна превосходить давления допускаемого механической прочностью принятых к установке нагревательных приборов.

Как регулировать теплоотдачу

В водяных системах отопления теплоотдачу нагревательных приборов регули­руют качественно (изменением температуры теплоносителя из теплового центра — ТЭЦ, районной котельной или котельной местной системы отопления) и количест­венно (изменением расхода теплоносителя из теплового центра, из отдельных час­тей системы отопления здания — узла управления, ответвлений магистральных трубопроводов — и непосредственно у нагревательных приборов). Качественное ре­гулирование возможно только центральное, а количественное может быть цент­ральным и местным. Однако в зданиях с благоприятной ориентацией на местности успешно применяется качественное регулирование водяного отопления как централь­ное, так и местное (пофасадное регулирование).

Местное регулирование расхода теплоносителя осуществляется установкой на подводках к приборам кранов двойной регулировки (картинка 4, рисунок 1). Обычно такие краны устанавливают на горячей подводке. На сцепках между приборами установка арматуры не допускается. Краном двойной регулировки производится первичное регулирование (во время монтажа, при тепловом испытании и наладке системы) и вторичное (в процессе эксплуатации).

В вертикальных и горизонтальных однотрубных системах с замыкающими участ­ками у приборов устанавливают трехходовые краны или краны двойной регулиров­ки. Трехходовыми кранами регулируют расход теплоносителя и теплоотдачу нагрева­тельных приборов, работающих по проточной схеме (картинка 4, рисунок 3).

Крановая арматура выпускается по ГОСТ 10944-64 двух размеров (15 и 20 мм). Центральное регулирование расхода теплоносителя местной системы производится с помощью запорно-регулировочной арматуры — задвижек, вентилей прямоточных и пробочных кранов (картинка 4, рисунок 2). Центральное регулирование расхода систем отопления зданий, присоединенных к тепловым сетям ТЭЦ, осуществляется изме­нением режима работы насосов.

В системах водяного отопления, особенно с естественной циркуляцией, запорно-регулировочная арматура должна иметь минимальное гидравлическое сопротив­ление проходу теплоносителя, поэтому применение для них вентилей обычного типа не разрешается. У приборов двухтрубных систем отопления с насосной циркуля­цией для уменьшения вертикальной разрегулировки приходится устанавливать краны с высоким гидравлическим сопротивлением.

В зависимости от системы отопления и параметров теплоносителя у нагреватель­ных приборов на подводках устанавливают следующую запорно-регулировочную арматуру:

— при водяном отоплении с температурой воды ниже 100 о С на горячей подводке — краны двойной регулировки (в однотрубных системах с замыкающими участ­ками на обратных подводках — также трехходовые краны);

— при водяном отоплении с температурой воды выше 100 о С на горячей или обратной подводках — прямоточные вентили или трехходовые краны;

Картинка 4. Запорно-регулировочная арматура нагревательных приборов:1 — краны двойной регулировки, 2 — движение потока в различных типах арматуры, 3 — трехходовой кран (при d_у = 20 мм А = 91 мм, при d_у = 25 мм А = 112 мм); 4 — запорный муфтовый вентиль (d_у = 15÷50 мм); 5 — обратный клапан для холодной воды (d_у =15÷50 мм).

Рисунок 1. Присоединение труб к отопительным приборам систем водяного отопления: а — к горизонтальной однотрубной с замыкающим участком ветви; б и в — к верхним приборам в стояках с нижнем расположением обеих магистралей (с нижней разводкой) соответст­венно двухтрубном и однотрубном проточно-регулируемом; г и д — при деаэрированной воде соответственно в однотрубном проточно-регулируемом стояке (верхние приборы) и горизонтальной однотрубной с замыкающими участками ветви; 1 — осевой замыкающий участок; 2 — кран типа КРП; 3 — воздушный кран и воздушное отопление; 4 — кран типа КРД; 5 — кран типа КРТ; 6 -смещенный обходной участок; 7 — редуцирующая вставка.

Размещение запорно-регулирующей арматуры

Ручную запорно-регулирующую арматуру систем центрального отопления подразделяют на муфтовую и фланцевую.

Муфтовую арматуру (с резьбой на концах для соединения с трубами) устанавливают на трубах малого диаметра (d_у 50 мм).

Арматура на подводках к приборам систем водяного отопления, как известно, различна. В двухтрубных стояках применяют краны, обладающие повышенным гид­равлическим сопротивлением, в однотрубных стояках — пониженным сопротивлением протеканию теплоносителя. В первом случае повышение гидравлического сопротивления кранов делается для равномерности распределения теплоносителя — воды по отопитель­ным приборам. Во втором — понижение сопротивления способствует затеканию в приборы большего количества воды, что повышает среднюю температуру теплоносителя в них и, следовательно, обеспечивает уменьшение их площади.

Регулирующую арматуру на подводках к приборам устанавливают не всегда. Ее не при­меняют во вспомогательных помещениях и в лестничных клетках зданий, близ ворот и за­грузочных проемов, люков и прочих мест, опасных в отношении замерзания воды в тру­бах и приборах. Арматура у приборов для эксплуатационного регулирования не нужна, если предусмотрено регулирование температуры подаваемого в помещения вентиляцион­ного воздуха.

У приборов двухтрубных систем водяного отопления, как правило, устанавливают краны двойной регулировки. В малоэтажных зданиях применяют обычные краны двойной регу­лировки, в многоэтажных — дроссельные краны повышенного гидравлического сопротив­ления.

Распространенные ранее краны двойной регулировки с полой пробкой обладали сущест­венными недостатками: сравнительно малым сопротивлением и нерациональной (круто изогнутой) «кривой дросселирования». Малая «глубина» дросселирования не позволяла осуществлять этими кранами эффективного пуско-наладочного (после окончания мон­тажных работ) регулирования распределения воды по приборам — «первую регулировку». Пробка через короткий промежуток времени после установки нового крана «прикипала» к корпусу, что практически исключало «вторую регулировку» — эксплуатационное пользова­ние кранами.

Рисунок 2. Кран двойной регулировки шиберный типа КРДШ: 1 — корпус; 2 — регулировоч­ное окно; 3 — шибер; 4 — поворотная втулка; 5 — прокладка; 6 — закрепительная гайка; 7 — ус­тановочная риска на втулке; 8 — гайка сальника; 9 — крышка; 10 — винт; 11 — ручка; 12 -резьбовой шпиндель; 13 — сальниковое уплотнение; 14 — паз во втулке.

В настоящее время для ручного регулирования используются краны двойной регулировки типа КРДШ (шиберный, рисунок 2). Они рассчитаны на условное давление 1 МПа и темпе­ратуру регулируемой среды (воды) до 150 °С. Коэффициент местного сопротивления этих кранов от 5 до 14. Краны имеют поворотную на 90° втулку для монтажной регулировки (путем частичного изменения площади проходного отверстия) и шибер, вертикальное пе­ремещение которого по пазу во втулке обеспечивает по мере надобности эксплуатацион­ную регулировку.

Рисунок 3. Кран двойной регулировки типа «Термис»: 1 — патрубок с наружной резьбой; 2 — соединительная гайка; 3 — клапан; 4 — корпус; 5 — гайка крышки; 6 — сальниковая набивка; 7- крышка; 8 — гайка уплотнителя шпинделя; 9 — шпиндель; 10 — винт; 11 – маховик.

Краны повышенного гидравлического сопротивления типа «Термис» (рисунок 3) с восемью возможными положениями клапана для монтажной регулировки не имеют недостатков кранов с полой пробкой. Возрастание величины дросселирования у них пропорционально степени закрытия отверстия для протекания воды. Эти краны вентильного типа долго со­храняют работоспособность. Наличие патрубка с наружной резьбой 1 и соединительной гайки 2 дает возможность достаточно быстро устанавливать этот кран непосредственно на отопительный прибор без применения используемого ранее в этом случае «сгона» — отрез­ка трубы с короткой и длинной резьбой на его концах. Следует отметить, что в настоящее время подобная конструкция применяется для большинства запорно-регулирующих уст­ройств, выпускаемых двух типов: «прямой», применяемый при открытой, и «угловой» -при скрытой прокладке теплопроводов.

Рисунок 4. Кран регулирующий с дросселирующим устройством: 1 — сборка корпуса муф­тового запорного вентиля с крышкой, шпинделем, накидной гайкой и рукояткой; 2 — ка­либрованная диафрагма; 3 — запорно-регулирующий клапан.

Монтажная регулировка, проводимая вручную перед сдачей системы отопления в экс­плуатацию, требует значительных затрат времени опытных наладчиков. С тем чтобы из­бежать проведения монтажной регулировки двухтрубных систем применяют регулирую­щие краны повышенного гидравлического сопротивления с дросселирующим устройст­вом. В таких кранах (рисунок 4) имеется дросселирующая диафрагма с заранее выбранным диаметром отверстия, единым для всей конкретной системы отопления. Диафрагма соче­тается в кранах с клапаном вентильного типа, причем клапан на конце снабжен иглой для прочистки диафрагмы. Калиброванная конусная диафрагма (диаметром 3-6 мм), располо­женная в седле корпуса вентиля, создает сопротивление протеканию воды, достаточное для требуемого ее распределения между приборами системы отопления. Игольчатый кла­пан кроме прочистки диафрагмы обеспечивает эксплуатационную регулировку теплоот­дачи прибора, а также может плотно закрывать кран.

У приборов однотрубных систем водяного отопления устанавливают два вида кранов -краны типов КРП и КРТ. Если приборные узлы делаются с постоянно проточными замы­кающими участками (см. рисунок 1, а), то применяются проходные краны типа КРП. Такие краны выпускаются двух типов: шиберные краны типа КРПШ и краны с плоской пово­ротной заслонкой. Шиберные краны типа КРПШ схожи с кранами типа КРДШ (см. рисунок 2), но не имеют втулки для монтажной регулировки (не нужной для приборов одно­трубных систем отопления). Краны рассчитаны на условное давление 1 МПа и температу­ру регулируемой среды (воды) до 150 °С. Коэффициент местного сопротивления кранов -2,5…3. Конструкция кранов допускает их правое и левое использование.

Рисунок 5. Кран регулирующий трехходовой типа КРТП: 1 — корпус; 2 — заслонка; 3 -крышка; 4 — прокладки; 5 — гайка сальника; 6 — рукоятка; 7- крышка-указатель; 8 — винт с шайбой; 9 — сальниковое уплотнение.

Если приборные узлы делаются с обходными участками (см. рисунок 1, в) предназначенны­ми для частичного или полного выключения отопительных приборов, то применяются трехходовые краны типа КРТ. Краны типа КРТП (рисунок 5) универсальны по конструкции — они могут устанавливаться на верхних и нижних подводках, с подачей теплоносителя справа и слева (краны собираются для подачи теплоносителя справа, но легко могут быть перемонтированы для подачи воды слева). Заслонка крана может занимать различное по­ложение (определяется при снятой рукоятке по срезу — лыске на торце шпинделя заслон­ки) и регулировать количество воды, протекающей через отопительный прибор.

Рисунок 6. Регулирование расхода воды в отопительном приборе трехходовым краном: а — вода из однотрубного стояка полностью протекает в прибор через подводку (заслонка в кране закрывает обходной участок); б — вода частично затекает в прибор; в — вода обходит прибор (заслонка закрывает подводку), протекает полностью в обходной участок и далее в стояк; 1 — однотрубный стояк; 2 — обходной участок; 3 — подводка; 4 – заслонка.

На рисунок 6 представлена схема действия трехходового крана при движении воды по од­нотрубному проточно-регулируемому стояку снизу вверх. Если заслонка закрывает отвер­стие в кране, обращенное к обходному участку (рисунок 6, а) то вода из стояка целиком протекает в подводку и далее через прибор. Это положение заслонки соответствует рас­четному, а следовательно, и монтажному положению при сдаче однотрубной системы в эксплуатацию. Промежуточное положение заслонки в корпусе трехходового крана при проведении эксплуатационного регулирования теплопередачи показано на рисунке 6, б, и положение заслонки при выключении прибора -на рисунке 6, в. На заслонке имеется вы­ступ, входящий в выемку на дне корпуса крана (см. рисунок 5), ограничивающий поворот заслонки только на 90°. Положение заслонки в корпусе в эксплуатационных условиях со­ответствует положению дуговой стрелки, нанесенной на крышку крана.

Принцип работы регулятора прямого действия основан на изменении объема среды, за­полняющей встроенный в термоголовку баллон (сильфон), при повышении или пониже­нии ее температуры. Изменение объема среды -термореактивного материала (например, резины) непосредственно вызывает перемещение клапана регулятора в потоке теплоноси­теля.

В регуляторах косвенного действия обычно используется электрическая энергия для на­гревания термобаллона уменьшенного объема, который, в свою очередь, связан со штоком регулирующего клапана. В некоторых конструкциях регуляторов сильфон частично на­полнен легкоиспаряющейся жидкостью. Если давление паров жидкости в сильфонной ка­мере изменяется, то возникающее растяжение или сжатие сильфона вызывает перемеще­ние клапана регулятора. В других конструкциях электрическая энергия используется для управления соленоидным вентилем двухпозиционного действия.

Термоклапаны выпускаются с пониженным (для однотрубных систем отопления) и повы­шенным (для двухтрубных систем) гидравлическим сопротивлением. Конструкция по­следних, как правило, обеспечивает не только эксплуатационное, но и монтажное регули­рование систем.

Рисунок 7. Запорно — регулирующий кран, устанавливаемый на обратной подводке отопи­тельного прибора.

Обеспечить монтажное регулирование систем водяного отопления можно также при уста­новке на обратной подводке отопительного прибора специального запорно-регулирующего крана (рисунок 7). Его можно использовать и для отключения отдельного прибора, например, при необходимости его аварийной замены без остановки системы отопления в целом. Запорно-регулирующий шток крана скрыт под защитной крышкой, так как он не предназначен для эксплуатационного регулирования отопительного прибо­ра.

В системах отопления возможна установка общего регулирующего крана на трубе, по­дающей теплоноситель к группе отопительных приборов, расположенных в одном поме­щении.

Арматура на стояках предназначена для полного отключения отдельных стояков, если требуется проводить ремонтные и другие работы во время отопительного сезона. Армату­ру для тех же целей помещают в начале и конце каждой ветви горизонтальных систем отопления.

Арматуру на стояках малоэтажных (1-3 этажа) зданий устанавливать нецелесообразно. Здесь проще предусматривать возможность отключения арматурой сравнительно неболь­шой части системы отопления (например, вдоль одного фасада здания). На стояках лест­ничных клеток арматуру применяют независимо от числа этажей.

Рисунок 8. Шаровой кран.

При водяном отоплении для спуска воды из одного стояка (ветви) и впуска воздуха в него при этом, а также для выпуска воздуха при последующем заполнении водой рядом с за­порными кранами (или вентилями) размещают спускные проходные или шаровые краны (внизу стояков со штуцером для присоединения гибкого шланга).

В многоэтажных зданиях на стояках систем отопления устанавливают запорные проход­ные (пробочные) или шаровые краны и вентили. Следует отметить, что за последнее время шаровые краны (рисунок 8) различного диаметра практически вытеснили другую подобную запорную арматуру. Объясняется это, прежде всего, их высокой надеж­ностью (безотказностью в работе и долговечностью). Краны используют при температуре теплоносителя воды до 115 °С и небольшом гидростатическом давлении в системе. В вы­соких зданиях при гидростатическом давлении, превышающем 1 МПа в нижней части стояков, краны заменяют более прочными и надежными в работе вентилями. Вентили также предусматривают на стояках при других теплоносителях — высокотемпературной воде и паре. Предпочтительно применение вентилей с наклонным шпинделем («косых» вентилей), создающих меньшие гидравлические потери давления и шум по сравнению с «прямыми» вентилями.

Рисунок 9. Фланцевая параллельная задвижка.

Арматура на магистралях необходима для отключения отдельных частей системы отопле­ния. В качестве такой арматуры используют муфтовые проходные или шаровые краны и вентили, а также фланцевые задвижки (рисунок 9) на трубах крупного калибра (d_у>50 мм). В пониженных местах на магистралях устанавливают спускные краны, в повышенных местах водяных магистралей — воздушные краны или воздухосборники.

На вертикальных участках воздушных труб систем водяного отопления с нижней развод­кой предусматривают арматуру (проходные или шаровые краны) в тех слу­чаях, когда предусмотрена установка запорных кранов на самих стояках.

На дренажных трубах для опорожнения отдельных стояков или горизонтальных ветвей (при числе этажей три и более) систем водяного отопления применяют кроме спускных кранов у каждого стояка или ветви общий запорный вентиль перед бачком с разрывом струи для перепуска воды в водосточную сеть (рисунок 10). Так поступают во избежание утечки воды через неисправные спускные краны стояков (ветвей) при действии системы.

Рисунок 10. Схема дренажа стояков систем водяного отопления: 1 — запорный кран; 2 — сто­як; 3 — спускной кран; 4 — магистраль; 5 — дренажная линия; б — общий запорный вентиль; 7 — открытый перепускной бачок; 8 — выпуск через сифон в водосток.

Арматура в тепловом пункте здания предназначена для регулирования и отключения отдельных систем отопления, а также отопительного оборудования.

Задвижки размещают на главных подающих и обратных магистралях, до и после (по дви­жению теплоносителя) теплообменников, циркуляционных и смесительных насосов, во­доструйных элеваторов, редукционных клапанов, конденсатоотводчиков, исполнительных механизмов автоматического регулирования и других аппаратов, а также на обводных ли­ниях.

Если кроме рабочего насоса установлен второй — резервный насос, то после каждого из них кроме запорных кранов или задвижек помещают обратные клапаны (рисунок 11). Насос находится в резерве при открытых кранах (задвижках), и обратный клапан предотвращает обратное движение воды через него к всасывающему патрубку работающего насоса. В любом случае, когда в местной схеме теплоснабжения установлено два и бо­лее параллельно работающих циркуляционных насосов различного назначения, после ка­ждого из них требуется установка обратного клапана. Помимо этого, обратный клапан ус­танавливается на тех трубных участках теплового пункта, где в процессе работы по каким-либо причинам может возникнуть нежелательный противоток теплоносителя (напри­мер, на подпиточной линии или подмешивающей перемычке).

Рисунок 11. Обратный клапан

Основная запорная арматура схемы теплового пункта дополняется воздушными и спуск­ными кранами в ее повышенных и пониженных местах.

Трубопроводы для отопительных систем

Представ­лены на отечественном рынке в широком ассор­тименте. В совсем недалеком прошлом для этого ис­пользовались стальные водогазопроводные трубы, в лучшем случае с оцинкованной поверхностью. Вер­хом надежности считались отопительные системы, вы­полненные из нержавеющих или медных труб. К недо­статкам традиционных стальных труб относят не только их недолговечность, но и способность наращивать с внутренней стороны налет, что в значительной мере снижает их пропускную способность. Кроме всего про­чего, установка стальных труб автоматически влечет за собой сварочные процессы, что также оказывает влия­ние на стоимость монтажных работ. Трубы из нержаве­ющей стали в домашних условиях вообще не варят, так как здесь необходимо оборудование, которое имеется в распоряжении только стационарных мастерских. Поэтому монтаж нержавеющих труб обычно выполняют на резьбовых соединениях, и обходится это дорого. Сварные соединения в стальных трубах наиболее уязвимое место, так как структура металла в этих местах нарушена под действием высоких температур.

Медные трубы являются превосходным конструкционным материалом для систем отопления и горячего водоснабжения. У меди весьма высокая стойкость к коррозийному действию воды, гарантирующая многолетнюю эксплуатацию трубопроводов. Более тонкие стенки медных труб значительно сокращают наружные диаметры по сравнению со стальными трубами без снижения прочностных и пропускных качеств магист­ральных и распределительных сетей. Кроме того, воз­можно применение трубопроводов с более низкими внутренними сечениями, так как медные поверхности не подвержены зарастанию продуктами коррозии. Все это способствует сокращению эксплуатационных рас­ходов, так как медные трубы в системах отопления не требуют применения ингибираторов коррозии и специ­альной водоподготовки. Свойства медных труб, а осо­бенно их высокая податливость к формированию (гибки), дают возможность широкого их применения в уст­ройстве систем «теплых полов». При установке медных труб следует соблюдать некоторые принципы проклад­ки. Основной обязывающий принцип — необходимость применения однородных материалов, то есть меди и ее сплавов. Но если смешение материалов избежать не удается, необходимо безукоризненно соблюдать сле­дующие правила:

Недопустим стык меди с нелегированной и оцинкованной нелегированной сталью. Возникнове­ние электрохимических процессов может стать причи­ной ускорения коррозии стали;

Стальные трубы могут быть применены в установке перед медными трубами. Если рассматривать установку в направлении течения воды (рисунок 12);

Медные трубы, прокладываемые под штука­туркой, должны быть по всей длине обернуты упру­гим покрытием. Оно должно препятствовать температурным деформациям.

Современный рынок ежедневно пополняет новая продукция полимерных труб, предназначенных для сантехнических и отопительных систем. Полимеры прочно вошли в сантехническую индустрию, заменив традиционные стальные и чугунные трубы. Их внедре­ние позволило снизить не только металлоемкость, но и надежность системы. Из полимеров стали изготав­ливать как безнапорные канализационные трубы, так и напорные трубопроводы для отопления холодного и горячего водоснабжения. К полимерам относят: по­лиэтилен, сшитый полиэтилен, полипропилен, полибутен, поливинилхлорид и т.д. По сравнению с металличе­скими стальными трубами полимерные имеют значи­тельно более низкое гидравлическое сопротивление, что соответствует большей пропускной способности на 20 — 30% при том же развиваемом насосом давлении. Они не вступают ни в какие химические реакции и не требуют особых условий для первоначального запуска системы и ее дальнейшей эксплуатации.

Рисунок 12. Правильная последовательность установки стальных и медных труб: 1 — медные трубы; 2 — стальные трубы.

К недостаткам полимерных труб относят, прежде всего, их хрупкость, поэтому их чаще всего устанавли­вают на безнапорных канализационных системах. Разви­тие систем водоснабжения и отопления в последнее десятилетие было отмечено внедрением принципиаль­но нового материала — многослойных металлополимерных труб (МПТ), эксплутационные характеристики которых намного превосходят аналогичные параметры их металлических предшественников (рисунок 13). Внут­ренний и внешний слои металлополимерных труб со­стоят из так называемого сшитого полиэтилена (РЕ-Х). В ходе технологического процесса его обработки моле­кулы полиэтилена образуют между собой дополнитель­ные связи, как бы «сшиваются». В результате материал получает повышенную теплостойкость и более высокие механические характеристики. «Сшитый» полиэтилен полностью удовлетворяет гигиеническим требованиям, что дает возможность его применения в системах горя­чего и холодного водоснабжения.

Рисунок 13. Многослойная металлополимерная труба: 1, 5- полиэтилен; 2,4- клеевой слой; 3 – алюминий.

Внутренний слой из сшитого полиэтилена обеспечи­вает высокую стойкость к воздействию агрессивных ве­ществ, способствует равномерному продвижению по­тока в трубе, снижая тем самым гидравлические поте­ри, полностью отвечает гигиеническим требованиям. Внешний слой, тоже из полиэтилена, предохраняет промежуточный металлический слой от коррозии, вы­зываемой строительными материалами. Вместе же они придают трубе низкую теплопроводность, великолеп­ную звукоизоляцию и облегчают вес. Промежуточный слой из алюминия, в свою очередь, гарантирует высо­кую надежность в эксплуатации, низкий коэффициент линейного расширения и выполняет функцию антикис­лородного барьера. Высокая надежность, долговеч­ность и широкий спектр применения — вот далеко не полный перечень тех характеристик, по которым можно оценивать эти материалы. Основными достоинствами металлопластиковой трубы являются:

• абсолютная кислородонепроницаемость, позволяет замедлить процесс коррозии и износа отопительного оборудования;
• малый вес;
• низкий коэффициент линейного расширения, что позволяет обходиться без компенсаторов и увеличивать расстояние между упорами при монтаже;
• высокая механическая прочность;
• стойкость к коррозии и отложению осадка на вну­тренней поверхности трубы;
• антистатичность;
• малое гидравлическое сопротивление.

Металлопластиковые трубы монтируют с помощью прессовых или резьбовых соединений (рисунки 14) без сварки, нарезания или пайки, что позволяет снизить стоимость монтажных работ. Системы отопления и во­доснабжения выполняют скрытой прокладкой в стенах и полах. Трубы и соединения можно бетонировать или скрывать штукатуркой.

Рисунок 14. Резьбовое соединение металлопластиковых труб.

К недостаткам металлопластиковых труб относят:

• более низкая (по сравнению со стальными труба­ми) сопротивляемость высоким температурам;
• подверженность механическим воздействиям;
• подверженность ультрафиолетовому излуче­нию, приводящему к преждевременному старению материала.

Список использованных источников:

1. Справочник по теплоснабжению и вентиляции (издание 4-е, переработанное и дополненное). Книга 1-я. Р.В. Щекин, С.М. Кореневский, Г. Е. Бем, Ф.И. Скороходько, Е.И. Чечик, Г.Д. Соболевский, В.Л. Мельник, О.С. Кореневская. Киев, «Будiвельник», 1976, стр. 416.

2. Инженерное оборудование дома и участка. Авт.: В.С. Самойлов; ООО «Аделант», 2004.- 320 с.