Другое: Системы теплоснабжения зданий

Во время работы нагревательного котла, этот процесс непрерывно повторяется и в системе происходит естественная циркуляция воды. Таким образом, в системе отопления с естественной циркуляцией, вода двигается под действием гидростатического напора, возникающего благодаря различной плотности охлажденной и нагретой жидкости.

Циркуляционное давление зависит:

от разности весов столба горячей и столба охлажденной (обратной) воды, следовательно, оно зависит от разности температур горячей и охлажденной воды;

от высоты расположения радиаторов над котлом.

Количество тепла, отдаваемого помещению радиаторами, зависит от количества поступающей в прибор воды и ее температуры. Количество воды, которое может быть пропущено через трубопровод к радиатору, зависит от циркуляционного давления. Чем больше циркуляционное давление в системе отопления с естественной циркуляцией, тем меньше может быть диаметр трубы для пропуска определенного количества воды, и наоборот, чем меньше циркуляционное давление, тем больше должен быть диаметр трубы. Чтобы система отопления с естественной циркуляцией действовала эффективно, требуется еще одно условие: циркуляционное давление должно быть достаточным для преодоления всех сопротивлений, которые встречает движущаяся в этой системе вода (сопротивления, вызываемые трением воды о стенки труб, местные сопротивления, к которым относятся отводы, тройники, крестовины, краны, нагревательные приборы, вентили и другие элементы системы отопления). Величина местного сопротивления зависит от скорости воды, а скорость воды от изменения сечений и направления движения воды в разводящих трубопроводах.

Сопротивление, вызываемое трением, зависит от диаметра, длины трубопровода, а также скорости воды. При большой длине труб сопротивление возрастает, с увеличением диаметра труб оно падает.

В системах с естественной циркуляцией теплоносителя в малоэтажных домах величина циркуляционного давления невелика, и поэтому в них нельзя допускать больших скоростей движения воды в трубах, следовательно, диаметры труб должны быть большими. Применение систем с естественной циркуляцией может оказаться экономически невыгодным, они оправданы лишь для небольших домов.

Достоинства системы отопления с естественной циркуляцией:

простота монтажа и ввода в эксплуатацию;

экономичность и простота эксплуатации;

отсутствие циркуляционного насоса, а соответственно, шума и вибрации;

долговечность (при правильной эксплуатации - более 40 лет без капитального ремонта);

способность системы к саморегулированию: при изменении температуры и плотности воды изменяется и расход вследствие возрастания или уменьшения естественного циркуляционного давления.

Недостатки системы отопления с естественной циркуляцией:

замедленное включение системы в действие;

сокращение радиуса действия системы по горизонтали до 30 м из-за небольшого циркуляционного давления;

повышение затрат в связи с применением труб большего диаметра;

повышение опасности замерзания воды в трубах, проложенных в неотапливаемых помещениях.

Системы отопления с насосной циркуляцией отличаются от систем с естественной циркуляцией в основном тем, что в сеть трубопровода включен насос, перемещающий воду. Циркуляционное давление, создаваемое насосом, достигает 1000-1500 мм вод. ст. Это давление приблизительно в 20-30 раз превышает естественное.

Большее располагаемое давление в системах водяного отопления с насосной циркуляцией позволяет значительно повысить скорость движения воды в трубопроводах по сравнению со скоростью движения воды в трубопроводах систем водяного отопления с естественной циркуляцией.

При больших скоростях движения воды трубопроводы могут быть меньших диаметров, что дает значительную экономию металла и снижает стоимость устройства систем отопления.

Рисунок 3 - Схема двухтрубной системы отопления с насосной циркуляцией и верхней разводкой: 1 - котел; 2 - верхняя разводящая магистраль; 3 - расширительный сосуд; 4 - воздухосборник; 5 - горячие подающие стояки; 6 - нагревательные приборы; 7 - обратные стояки; 8 - обратная сборная магистраль; 9 - центробежный насос

Для постоянной циркуляции воды необходима непрерывная работа центробежного насоса. Поэтому в системах отопления с насосной циркуляцией устанавливают два насоса, один из которых является резервным. Насосы работают попеременно. В насосных системах отопления вследствие охлаждения воды в приборах и трубах возникает также естественное давление.

Системы водяного отопления с насосной циркуляцией бывают двухтрубные с верхней и нижней разводками, однотрубные с верхней и нижней разводками и горизонтальные. В двухтрубных системах отопления горячая вода из стояков непосредственно поступает во все отопительные приборы, а охлажденная вода из каждого прибора возвращается в котел по обратным стоякам, не заходя в другие приборы. Таким образом, каждый прибор обслуживается подающим и обратным стояками. Если не учитывать охлаждение воды в трубах, можно считать, что во все нагревательные приборы вода поступает с одинаковой температурой.

Устройство двухтрубной насосной системы водяного отопления с верхней разводкой показано на рисунке 3. Эта система отличается от естественной тем, что на обратной линии перед котлом установлен насос, а расширительный сосуд присоединен к обратной линии перед всасывающим отверстием насоса.

Кроме систем отопления с насосной циркуляцией и верхней разводкой, еще большее применение имеют системы отопления с насосной циркуляцией и нижней разводкой. Такая система представлена на рисунке 4. Устроены эти системы так же, как и системы отопления с естественной циркуляцией, но расширительный сосуд присоединен к обратной магистрали до насоса, как в системах отопления с насосной циркуляцией и верхней разводкой. В системах отопления применяют малонапорные, но большой производительности центробежные насосы.

Рисунок 4 - Схема двухтрубной системы отопления с насосной циркуляцией и нижней разводкой: 1 - котел; 2 - подающая магистраль; 3 - обратная магистраль; 4 - подающие стояки; 5 - обратные стояки; 6 - расширительная труба; 7 - расширительный сосуд; 8 - воздухосборник;, 9 - воздушные краны; 10 - центробежный насос

В настоящее время для создания циркуляции в системах отопления широко используют консольные центробежные насосы типа «К» производительностью от 6 до 360 м³/ч и напором от 14 до 100 м.

4. Однотрубные, двухтрубные и бифилярные системы теплоснабжения

В однотрубных системах водяного отопления отсутствуют обратные стояки. Температура горячей воды, проходя через верхние радиаторы, понижается, при этом вода возвращается в подающие стояки. В нижние радиаторы поступают горячая вода от стояка и охлажденная вода из верхних радиаторов. Температура этой смешанной воды ниже температуры воды в отопительных приборах, расположенных выше, следовательно, чтобы увеличить отдачу тепла, поверхность нагрева нижних радиаторов должна быть увеличена.

Однотрубные системы отопления подразделяются на 2 вида.

По одной схеме (рисунок 5) - с замыкающими участками, из стояка часть воды поступает в верхние радиаторы, при этом, остальная вода направляется по стояку к ниже расположенным радиаторам.

Количество поступающей в радиаторы воды регулируется кранами, которые устанавливаются у каждого радиатора.

При другой системе (рисунок 6 и 7) - проточной, вода из стояка следует последовательно через все радиаторы, начиная с верхнего. В отличие от схемы с замыкающими участками, здесь в радиаторы, находящиеся в нижней части отапливаемого дома, поступает охлажденная вода. В проточной системе не устанавливаются регулировочные краны, так как при уменьшении или перекрытии крана у того или иного радиатора, то уменьшится или перекроется подача воды во всех радиаторах, присоединенных к данному стояку.

Также в данной схеме невозможно регулировать температуру воздуха в помещениях. Кроме того, если дом двухэтажный, то невозможно осуществить пуск отопительной системы только на одном этаже. Однако по сравнению с двухтрубными системами, однотрубные системы проще в монтаже, на их устройство требуется меньше труб, и они выглядят более красиво.

Однотрубные системы отопления могут выполняться только в домах, где имеются чердаки, т.е. для их функционирования требуется верхняя разводка труб.

Рисунок 5 - Однотрубная система водяного отопления с принудительной циркуляцией. Схема с замыкающими участками: 1 - отопительный котел; 2 - главный стояк; 3 - разводящий магистральный трубопровод; 4 - воздухосборник; 5 - стояки горячей воды; 6 - радиаторы; 7 - обратная линия; 8 - расширительный бак; 9 - расширительная труба; 10 - циркуляционный насос

Двухтрубную систему водяного отопления с вертикальными стояками с верхней или нижней разводкой целесообразно использовать как в одноэтажных, так и в двухэтажных (и более) домах и коттеджах с крутой крышей. Возможны и другие варианты устройства двухтрубных систем отопления.

Рисунок 6 - Однотрубная система водяного отопления с принудительной циркуляцией. Схема проточной системы: 1 - отопительный котел; 2 - главный стояк; 3 - разводящий магистральный трубопровод; 4 - расширительный бак; 5 - воздухосборник; 6 - стояки; 7 - обратная линия; 8 - расширительная труба; 9 - циркуляционный насос

При горизонтальной системе отопления невозможно полностью обогреть все помещения дома. Система отопления выполняется с естественной циркуляцией, так как для этого вполне достаточен циркуляционный напор. При установке котла в подвале высота дымовой трубы должна составлять не менее 10 м, что позволяет отопительному котлу работать на любом топливе. В домах без подвала котлы устанавливают на первом этаже, а система должна быть только с верхней разводкой.

Рисунок 7 - Двухтрубная регулируемая система водяного отопления с естественной циркуляцией. Варианты подводок: 1 - магистральная труба горячей воды; 2 - задвижка; 3 - фильтр; 4 - стояки горячей воды; 5 - регулятор перепада давления и расхода; 6 - термоголовка; 7 - клапан термостатический; 8 - гарнитур подключения; 9 - вентиль балансовый; 10 - клапан четырехходовой; 11 - термоголовка с дистанционной регулировкой; 12 - вентиль ручной; 13 - узел подключения; 14 - обратные стояки; 15 - вентиль запорный; 16 - муфта радиаторная быстроразъемная; 17 - вентиль запорный; 18 - клапан для слива

Бифилярная (двухтопочная) система отопления - установка водяного отопления с отопительными приборами в стояках и ветвях, раздел на 2 равные части последовательно соединенных 1 трубой. Теплоноситель (вода) в частях каждого отопительного, прибора движется в противоположных направлениях с различной температурой, что создает равенство среднеарифметической температуры теплоносителя во всех отопительных приборах системы. Бифилярная система отопления по гидравлической связи частей отопительных приборов (последовательно соединение) относится к однотрубным системам водяного отопления, а по условиям теплопередачи приборов - к двухтрубным системам отопления.

Схемы бифилярной системы отопления с вертикальными стояками и горизонтальными ветвями аналогичны схемам однотрубной системы. В вертикальной бифилярной системе устраиваются, как в однотрубной системе с нижней разводкой, П-образные стояки. По такой схеме до конца 80-х гг. устраивалось папельно-лучистое отопление отдельных типов жилых зданий, где использовались трубчатые нагревательные элементы, встроенные вместе со стояками во внутренний бетонный слой наружных стеновых панелей. При этом нагревательные элементы каждого помещения делились на 2 змеевика, а каждый змеевик отдельно присоединялся к восходящей и нисходящей частям стояка. В горизонтальных двухтопочных системах отопления применяются трубчатые отопительные приборы - конвекторы, трубы отопительные (ребристые и гладкие), бетонные радиаторы приставного типа, стальные и чугунные радиаторы - только при двухрядной установке. В горизонтальной системе, как и в однотрубной системе, проточными приборными узлами отопления, невозможно индивидуальное количественное регулирование теплоотдачи отдельных отопительных приборов, поэтому проводится регулирование сразу всей цепочки приборов или каждого прибора «по воздуху», если устанавливаются конвекторы с воздушным клапаном. Бифилярные системы с горизонтальными пофасадными ветвями наиболее часто используется в производстве и сельско-хозяйственных зданиях.

Заключение

Как было показано в этой работе, существует множество систем теплоснабжения. Безусловно, решение по теплоснабжению должно приниматься застройщиками по результатам технико-экономического обоснования с учетом условий инвестирования строительства, климата и региональной специфики в вопросах градостроительства, топливоснабжения, социального уровня проживания населения. Разработка и внедрение децентрализованных систем теплоснабжения должны производится на основании соблюдения технологических особенностей всех процессов, сопровождающих выработку тепловой энергии, с обязательным учетом их в конструкции здания, специально проектируемого для конкретных схем автономного теплоснабжения.

Список использованных источников

1 Щёкин Р.В., Кореневский С.М., Бем Г.Е. Отопление и вентиляция. - Киев: Будiвельник, 1976.

Каменев П.Н., Сканави А.Н., Богословский В.Н. Учебник по отоплению и вентиляции. - М.: Стройиздат, 1975.

Николаев А.А. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей. - М.: Издательство литературы по строительству, 1989.