Теплоносители в системе отопления

в)         отсутствие циркуляционных насосов и соответственно шума и ви

брации;

г)         сравнительная долговечность (при правильной эксплуатации систе

мы действуют 35—40 лет  и более без капитального ремонта);

д)         повышенная тепловая надежность, обусловленная действием с

количественным саморегулированием.

Остановимся на явлении количественного  саморегулирования. В гравитационной системе создается своеобразный механизм естественного регулирования: при проведении качественного регулирования, т. е. при изменении температуры воды, самопроизвольно происходит количественное регулирование — изменяется расход воды. Действительно, если изменять температуру греющей воды в зависимости от температуры наружного воздуха, то в системе из-за иного распределения плотности воды изменяется естественное циркуляционное давление, а следовательно, и количество циркулирующей воды. Одновременное изменение температуры и количества воды обеспечивает необходимую теплопередачу отопительных приборов.

В двухтрубной системе  усиление или ослабление циркуляции воды в циркуляционном кольце каждого  отопительного прибора изменяет теплопередачу в помещение, которая, изменяясь, кроме того, во взаимодействии с теплопотереи помещения, сама влияет на расход воды, изменяя температуру обратной воды и циркуляционное давление. В результате сохраняется соответствие между теплопередачей прибора и теплопотереи помещения, т. е. обеспечивается тепловая надежность каждого отдельного прибора и, следовательно, всей системы отопления.

Таким образом, естественное циркуляционное давление, которое в  насосной двухтрубной системе отопления  вызывает вертикальное тепловое разрегулирование, поддерживает тепловую надежность гравитационной двухтрубной системы.

В вертикальной однотрубной  системе имеется такое же количественное саморегулирование, но в циркуляционных кольцах не каждого прибора, а  уже целых стояков с их последовательно  соединенными приборами. При этом усиление или ослабление циркуляции воды происходит более интенсивно, чем требуется по графику оптимального режима. В результате в теплый период отопительного сезона наблюдается отклонение от необходимой теплоподачи у части приборов: при движении в стояке сверху вниз сильно уменьшенного количества воды нижние приборы недогревают помещения. Это явление усугубляется с увеличением числа этажей здания.

Таким образом, естественное циркуляционное давление, способствующее тепловой надежности насосной вертикальной однотрубной системы отопления, вызывает вертикальное тепловое разрегулирование гравитационной однотрубной системы.

Можно сделать вывод, что  при естественной циркуляции воды преимущество следует отдавать двухтрубным системам отопления. Правда, вертикальная однотрубная  система позволяет увеличивать  естественное циркуляционное давление и скорость движения воды по сравнению с двухтрубной, а также располагать отдельные отопительные приборы ниже теплообменника.

Схемы гравитационных систем подобны схемам насосных систем отопления   Зная зависимость естественного циркуляционного давления от вертикального расстояния между центрами охлаждения и нагревания и закономерности движения воздушных скоплений в горизонтальных трубах, можно установить целесообразность применения верхней разводки подающей магистрали в гравитационной системе. При этом расширительный бак присоединяют непосредственно к главному стояку, уклон подающей магистрали делается в сторону движения воды и бак используется для удаления воздуха из системы. В отопительных приборах создается наиболее рациональная для двухтрубной системы схема движения воды сверху — вниз.

Теперь можно изобразить принципиальную схему гравитационной системы отопления с верхней  разводкой подающей магистрали. Она  получается из принципиальной схемы, если из нее исключить насосы, а расширительный бак присоединить к подающей магистрали.

Возможно применение гравитационных систем отопления с нижней разводкой  обеих магистралей, двухтрубные  и однотрубные. Однако при этом уменьшается  циркуляционное давление, что влечет за собой увеличение диаметра труб, усложняются сбор и удаление воздушных скоплений из системы. Расширительный бак присоединяют к магистрали в нижней части системы, и его можно использовать для удаления воздуха только при прокладке специальных воздушных труб

Система с «опрокинутой» циркуляцией воды в данном случае не используется, так как в ней иногда возникает «обратное» движение воды в стояках.

Расчетное циркуляционное давление в системе отопления  с естественным движением воды определяется по формуле

В двухтрубной  гравитационной системе отопления для создания до

статочного  циркуляционного давления стремятся  всемерно увеличить

вертикальное  расстояние между центром охлаждения в нижних отопи

тельных приборах и центром нагревания в теплообменнике с тем, чтобы

довести его  хотя бы до 3 м. Если это осуществимо в отдельных зданиях,

то при отоплении  одноэтажных квартир и домов  или железнодорожных

вагонов теплообменник (котел) вынужденно располагается на одном

уровне с  отопительными приборами.

Квартирные  системы отопления применяются  уже около ста лет. За это время изменялись и совершенствовались котлы и их топливо, трубы и отопительные приборы, использовались различные схемы, но принцип устройства и действия оставался одним и тем же: для создания устойчивой циркуляции воды одна из магистралей прокладывалась и прокладывается под потолком отапливаемого помещения. Тогда необходимое циркуляционное давление обеспечивается за счет охлаждения воды в трубах. Что же касается охлаждения воды в отопительных приборах, то центр охлаждения в них может оказаться не только не выше центра нагревания, но даже ниже ег», а это, как уже известно, препятствует естественной циркуляции воды.

Наиболее распространена двухтрубная схема, при которой  подающая магистраль размещается под  потолком отапливаемого помещения, обратная прокладывается у пола или в подпольном канале.

Возможна двухтрубная  схема, когда не только подающую, но и обратную магистраль размещают  под потолком помещения, но при этом необходимо для обеспечения циркуляции воды опускать эту магистраль петлями до низа каждого отопительного прибора, вследствие чего увеличивается протяженность труб и усложняется спуск воды из системы.

Не исключается  также горизонтально однотрубная  схема соединения отопительных приборов, но и здесь одна из магистралей  прокладывается поверху.

Для водогрейного котла за центр нагревания принимается  зона наиболее интенсивного нагревания воды, находящаяся приблизительно на 250 мм выше уровня колосниковой решетки.

Для вычисления естественного циркуляционного  давления необходимо знать температуру и плотность воды в различных точках системы. Следовательно, при проектировании квартирной и вагонной систем отопления необходим расчет теплопередачи труб и определение степени охлаждения воды в трубах. Эта особенность расчета в необходимых случаях распространяется и на гравитационные системы отопления протяженных зданий.

Наименьшее  охлаждение воды, а следовательно, и  наименьшее естественное циркуляционное давление получается в циркуляционном кольце через прибор, ближний к  теплообменнику (например, в кольце прибора 3 на  IV.48), вследствие малой протяженности труб. Поэтому через такой прибор протекает меньшее количество воды, чем через приборы, удаленные от теплообменника.

При расчете  площади нагревательной поверхности  каждого прибора квартирной и вагонной систем отопления учитываются уже известные теплопередача труб, проложенных в помещении, и температура воды при входе в прибор" и выходе из него. В этом особенность расчета приборов такой системы отопления.

Система отопления  железнодорожного вагона дополняется электрическим насосом для возможности усиления циркуляции воды. В квартирных системах отопления применение циркуляционных насосов вызывает конструктивные изменения. Насосная квартирная система отопления делается горизонтальной однотрубной или двухтрубной с нижней прокладкой магистралей.

 

5.2 Гравитационное  давление в системе водяного  отопления

В общем виде естественное циркуляционное (гравитационное) давление в системе водяного отопления равняется 
                                                                                                                  (4.4) 
и его значение зависит от разности плотности воды и вертикального расстояния между центрами охлаждения и нагревания воды. 
Под влиянием естественного циркуляционного давления в замкнутом кольце системы отопления устанавливается циркуляция воды, при которой давление ∆р_е, вызывающее циркуляцию, равно потерям давления при движении воды (∆р_с - потери давления в системе) 
                                                                                                                                   (4.5) 
Гидростатическое давление в точке присоединения трубы расширительного бака к магистрали, равное p_rgh₁ (см. рис. 4.5), при постоянном объеме воды в системе изменяться не может. Эта точка называется точкой постоянного давления или "нейтральной" точкой системы отопления. 
Во всех остальных точках теплопроводов системы гидростатическое давление при циркуляции воды изменяется вследствие попутной потери давления. Нанесем на рис. 4.5 вторую эпюру гидростатического давления в динамическом режиме - при естественной циркуляции воды в системе отопления (сплошные линии), начав построение с точки постоянного давления 0. 
 Как видно, гидростатическое давление во всех остальных точках системы при циркуляции воды изменяется следующим образом: перед точкой 0 (считая по направлению движения воды) оно увеличивается, а после точки 0 - уменьшается по сравнению с гидростатическим давлением, предполагавшимся при отсутствии циркуляции. В частности, гидростатическое давление в любой точке левого подъемного стояка (с восходящим потоком воды) возрастает, а правого опускного стояка (с нисходящим потоком) убывает. 
Можно констатировать, что при циркуляции воды в замкнутом контуре гравитационной системы отопления гидростатическое давление изменяется во всех точках, за исключением одной точки присоединения к системе трубы расширительного бака. 
Перейдем к рассмотрению динамики давления в системе отопления с нагреваемой водой при действии циркуляционного насоса, т.е. в насосной системе отопления. 
Насос, действующий в замкнутом кольце системы отопления, усиливает циркуляцию, нагнетая воду в трубы с одной стороны и засасывая с другой. Уровень воды в расширительном баке при пуске циркуляционного насоса не изменится, так как равномерно работающий лопастной насос обеспечивает лишь циркуляцию в системе неизменного количества практически несжимаемой воды. Поскольку при указанных условиях - равномерности действия насоса и постоянства объема воды в системе - уровень воды в расширительном баке сохраняется неизменным (безразлично, работает насос или нет), то гидростатическое давление в точке присоединения бака к трубам системы будет постоянным. Точка эта по-прежнему остается "нейтральной", т.е. на гидростатическое давление в ней давление, создаваемое насосом, не влияет (давление насоса в этой точке равно нулю).

 

6. Системы  и схемы водяного отопления  с естественной циркуляцией.

6.1. Системы  водяного отопления с естественной  циркуляцией

В системах водяного отопления с естественной циркуляцией  может быть применена одна из рассмотренных ранее схем.

В отличие от насосных систем в системах с естественной циркуляцией расширительный бак  присоединяется к верхней точке  системы, как это сделано, например, в двухтрубной системе. Для удаления воздуха из системы отопления магистральные трубопроводы горячей воды прокладывают с подъемом 0,005—0,01 в сторону расширительного бака Благодаря малым скоростям движения воды в системах с естественной циркуляцией удаление воздуха осуществляется в направлении, противоположном движению воды.

Сила, под действием  которой происходит движение воды в  системах с естественной циркуляцией, определяется разностью давлений, создаваемых  столбами воды справа и слева, на сечение  А—А, расположенное в нижнем горизонтальном участке циркуляционного кольца.

При большей  протяженности системы необходимо значительно увеличивать диаметры трубопроводов, что приводит к увеличению расхода металла и стоимости  системы. Для создания необходимого циркуляционного давления в двухтрубных  системах водяного отопления с естественной циркуляцией минимальное расстояние (по вертикали) от центра котла до середины наиболее низко расположенного прибора принимается равным не менее 3 м, поэтому котлы приходится устанавливать в подвале.

В однотрубной  вертикальной системе циркуляционное давление имеет другую величину, так как вода в ней охлаждается последовательно в приборах, расположенных в одном циркуляционном кольце К—Р—а—б—в—г —К. Охлаждение воды в точках б и г происходит в результате смешивания части воды, проходящей по замыкающему участку, с водой, прошедшей непосредственно через прибор.

Циркуляционное  давление (как и для двухтрубной  системы) определяется разностью давлений столбов воды справа и слева на сечение А—А. 

 

 

 

Таким образом, в однотрубной вертикальной системе отопления циркуляционное давление одинаково для приборов всех этажей. Все приборы, последовательно присоединенные к стояку какого-либо циркуляционного кольца, участвуют в создании давления в этом кольце. Поэтому расчетное циркуляционное давление в однотрубных вертикальных системах водяного отопления с естественной циркуляцией всегда больше, чем в аналогичных двухтрубных системах.

Последовательное  движение воды через приборы стояка в вертикальных однотрубных системах водяного отопления и повышенное циркуляционное давление позволяют обеспечивать циркуляцию воды через нижние приборы системы даже в случае их установки на одном уровне с котлом (нагревательные приборы подвальных помещений или нагревательные приборы первого этажа при установке котла на первом этаже многоэтажного здания).

Системы отопления  с естественной циркуляцией характеризуются  надежностью действия, простотой  эксплуатации и не нуждаются в  расходе электроэнергии для приведения в действие циркуляционного насоса. Однако применение таких систем ограничено, так как они имеют небольшой радиус действия и для их сооружения необходимо значительное количество металла вследствие применения труб большего диаметра (в сравнении с системами, имеющими насосную циркуляцию).

Оценка систем водяного отопления. Системы водяного отопления обладают существенными достоинствами. Главные из них: сравнительно низкая температура поверхности нагревательных приборов (в течение большей части отопительного сезона не превышает 70°С), при которой не происходит разложения органической пыли, и возможность централизованного регулирования теплоотдачи нагревательных приборов в зависимости от температуры наружного воздуха. Последнее очень важно, так как при повышении температуры наружного воздуха теплопотери помещений уменьшаются, следовательно, и количество тепла, передаваемого в помещение нагревательными приборами, также должно быть уменьшено. В системе водяного отопления это легко достигается снижением температуры воды, выходящей из котла и поступающей в нагревательные приборы.

В предприятиях общественного питания рекомендуется сооружать системы водяного отопления преимущественно с насосной циркуляцией как обладающие высокими техническими и санитарно-гигиеническими свойствами.

Выбор типа насосной системы может быть осуществлен  по основным экономическим показателям — расходу металла и затратам труда.

Наиболее экономичными являются однотрубные системы водяного отопления. 

6.2. Обзор основных схем радиаторных систем отопления

Водяное радиаторное  отопление получило в настоящее  время наибольшее распространение. Опыт эксплуатации водяных радиаторных систем показал их высокие гигиенические и эксплуатационные показатели. Радиаторные системы водяного отопления обладают высокой надежностью, бесшумны, просты и удобны в эксплуатации, могут иметь значительный радиус действия по горизонтали. По вертикали радиус действия системы определяется гидростатическим давлением. Особое значение получило водяное отопление с развитием централизованного теплоснабжения и теплофикации. 
 
Системы водяного отопления радиаторами классифицируются по нескольким признакам. По способу создания циркуляции водяные радиаторные системы делятся на системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и с искусственной циркуляцией (насосные). В системах с естественной циркуляцией движение воды осуществляется за счет разности плотностей горячей воды, поступающей в систему, и охлажденной воды после нагревательных приборов.