Теплоносители в системе отопления

Примечание. НС-1 – наружная стена 1; НС-2 – наружная стена 2; ПП – перекрытие над подвалом; ПБ – перекрытие бесчердачное. Остальные обозначения описаны в формулах к подразд. 1.2, 1.3. Расчетные теплопотери Q_расч следует округлять до 10 Вт.

ΔР₁₀₁ = (14,3 – 3,3)(13,688 – 11,819) + 0,5 · 1,205 ∙ 7,8²(0,8 + 0,6)0,5 – 0 =  
= 46,218 Па;

G_инф =   кг/ч;

Q_инф = 0,28 · 19,51 · 1(20 + 20)0,8 = 174,810 Вт.

Из полученных по двум методикам  результатов выбран больший – 826,36 Вт, он и будет учитываться в  дальнейших расчетах.

Назначена величина тепловыделений в жилых  комнатах 21 Вт/м².  
Определены бытовые тепловыделения в помещении

Q_быт = 21· F_пола = 21 · 20,86 = 438,06 Вт.

Расчетные теплопотери  помещения определены по формуле (1.10) Q_расч = 2338 + 826 – 438 = 2726 Вт.

Аналогично  расчёт ведётся и для других помещений, при этом следует обращать внимание на особенности определения размеров. В качестве иллюстрации в табл. 1.5 приведен также расчет теплопотерь  рядовой комнаты 307 на 3-м этаже.

Теплопотери всех остальных помещений здания назначены без расчета с ориентиром на результаты, полученные для двух комнат. Лестничная клетка рассматривается как одно помещение высотой, равной высоте всего здания. Результаты приведены в табл. 1.6. 

 

Таблица 1.6 

 

Теплопотери помещений жилого здания, Вт 

 

3-й этаж
301 2600	302 1500		ЛК-1			303 1500		304 2600
305 2600	306 1500		307 1500			308 1500		309 2600
2-й этаж
201 2000		202 1000		ЛК-1	203 1000		204 2000
205 2000		206 1000		207 1000	208 1000		209 2000
1-й этаж
101 2700		102 1600		ЛК-1 4100	103 1600		104 2700
105 2700		106 1600		107 1600	108 1600		109 2700
Qзд = 53800 Вт

 

Таким образом определены теплопотери здания Q_зд = 53800 Вт.

 

4. Типы  и конструкции отопительных приборов  в системе центрального отопления.

4.1. 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,