Блоги мастеров

 

Жидкостное отопление

 

Жидкостное отопление

Классификация и конструктивные решения систем отопления

Система отопления — это совокупность конструктивных элементов со связями между ними, предназначенных для получения, переноса и передачи теплоты в обогреваемые помещения здания. «Сердцем» отопительной системы является теплоисточник (котел). От него нагретый теплоноситель (не обязательно вода или антифриз) с помощью циркуляционного насоса (если система с принудительной циркуляцией) или без него (естественная циркуляция) движется по теплопроводам (трубам) и отдает тепло дому через отопительные приборы (радиаторы). Кроме вышеназванных основных элементов в систему отопления могут входить еще масса других вещей: теплообменник — при централизованном теплоснабжении, расширительный бак — компенсирующий температурное расширение воды, фитинги — для соединения труб, воздушные клапаны и многое другое.
В зависимости от преобладающего способа теплопередачи отопление помещений может быть конвективным или лучистым.
К конвективному относят отопление, при котором температура внутреннего воздуха поддерживается на более высоком уровне, чем радиационная температура помещения — усредненная температура поверхностей, обращенных в помещение. Характерный распространенный пример конвективного отопления — установка под подоконником в помещении вертикальных радиаторов (батарей). При этом теплый воздух, нагреваясь от радиатора, становится легче холодного воздуха и поднимается вверх, уступая «теплое» место холодному воздуху снизу радиатора. Теплый воздух, пройдя путь по верху помещения, в сторону от окна, остывает и опускается вниз, постепенно двигаясь понизу к горячему радиатору, где снова нагревается и поднимается. Таким образом, получается круговорот теплого и холодного воздуха в помещении — воздушный конвекционный поток, что может вызывать ощущение сквозняка на уровне пола.
Лучистым называют отопление, при котором радиационная температура помещения превышает температуру воздуха в помещении. Лучистое отопление при несколько пониженной температуре воздуха (по сравнению с конвективным отоплением) более благоприятно для самочувствия человека в помещении (например, до 18...20 °С вместо 20...22 °С в помещениях гражданских зданий). Хороший пример лучистого отопления — система «теплый пол», при которой нагревается вся поверхность пола помещения. При этом сильного конвекционного потока не образуется, а происходит постепенное смешивание теплого воздуха, расположенного внизу, с прохладным воздухом расположенном наверху (конвекционного сквозняка не образуется). При расположении отопительных приборов у потолка тоже не образуется конвекционного сквозняка, но мне трудно найти смысл обогрева потолка (пол соседей сверху) в жилых помещениях.
Перенос по теплопроводам может осуществляться с помощью жидкой или газообразной рабочей среды. Жидкая (вода или специальная незамерзающая жидкость — антифриз) или газообразная (пар, воздух, продукты сгорания топлива) среда, перемещающаяся в системе отопления, называется теплоносителем.
Системы отопления по расположению основных элементов подразделяются на местные и центральные.
В местных системах для отопления, как правило, одного помещения теплоисточник, теплоноситель и теплопроводы конструктивно объединяются в одной установке. Примером местной системы отопления могут служить отопительные печи.

Центральными называются системы, предназначенные для отопления группы помещений из единого теплового центра. В тепловом центре (пункте) находятся теплогенераторы (котлы) или теплообменники. Они могут размещаться непосредственно в обогреваемом здании (в ИТП) либо вне здания — в центральном тепловом пункте (ЦТП), на тепловой станции (отдельно стоящей котельной) или ТЭЦ. Современное автономное отопление квартир (даже если котел находится внутри квартиры) и малоэтажных домов является, хотя и уменьшенной, но центральной системой.
Теплопроводы центральных систем подразделяют на: магистрали подающие (по которым подается теплоноситель) и магистрали обратные (по которым отводится охладившийся теплоноситель); стояки (вертикальные трубы) и ветви (горизонтальные трубы), связывающие магистрали с подводками к отопительным приборам.
В зависимости от вида используемого в системе отопления теплоносителя их принято называть системами водяного, парового, воздушного или газового отопления.
Газы образуются при сжигании твердого, жидкого или газообразного органического топлива, имеют сравнительно высокую температуру и применимы в тех случаях, когда в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями удается ограничить температуру теплоотдающей поверхности отопительных приборов. Высокотемпературные продукты сгорания топлива могут выпускаться непосредственно в помещения или сооружения, но при этом ухудшается состояние их воздушной среды, что в большинстве случаев недопустимо. Удаление же продуктов сгорания наружу по каналам усложняет конструкцию и понижает КПД отопительной установки. Область использования горячих газов ограничена отопительными печами, газовыми излучателями и другими подобными местными отопительными установками. В данной книге я не буду рассматривать газовое отопление (отопление с газовым теплоносителем).
В отличие от горячих газов вода, воздух и пар используются многократно в режиме циркуляции и без загрязнения окружающей здание среды. Все эти три теплоносителя должны соответствовать по показателям, важным для выполнения, требованиям, предъявляемых к системе отопления.
Пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью. Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значительно изменяет объем и теплосодержание. При использовании пара достигается быстрое прогревание приборов и отапливаемых помещений. Гидростатическое давление пара в вертикальных трубах по сравнению с водой минимально. Однако пар как теплоноситель не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям, температура поверхности большинства отопительных приборов и труб постоянна и близка или выше 100 °С, движение пара в трубах сопровождается шумом. При наличии пара как теплоносителя для отопления чаще используется комбинированное пароводяное отопление, при котором вместо отопительного котла устанавливается работающий на пару водонагреватель.
Вода представляет собой жидкую, практически несжимаемую среду со значительной плотностью и теплоемкостью. Вода изменяет плотность, объем и вязкость в зависимости от температуры, а температуру кипения — в зависимости от давления. При использовании воды обеспечивается достаточно равномерная температура помещений, можно ограничить температуру поверхности отопительных приборов, достигается бесшумность движения в теплопроводах. Недостатком является большое гидростатическое давление в системах. Тепловая инерция воды замедляет регулирование теплопередачи отопительных приборов.
Воздух является легкоподвижной средой со сравнительно малыми вязкостью, плотностью и теплоемкостью, изменяющей плотность и объем в зависимости от температуры. При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение или равномерность температуры помещений, избежать установки отопительных приборов, сов-

мещать отопление с вентиляцией помещений, достигать бесшумности его движения в воздуховодах и каналах. В воздушном отоплении практически не нужны водогазо- напорные металлические трубы. Недостатками являются малая теплоаккумулирую- щая способность, значительные площадь поперечного сечения и расход металла на воздуховоды, относительно большое понижение температуры по их длине. Главным образом воздушное отопление используется в общественных и промышленных зданиях.
Кроме поддержания постоянной комфортной температуры есть еще одно санитарно-гигиеническое требование — ограничение температуры наружной поверхности отопительных приборов — вызвано явлением разложения и сухой возгонки органической пыли на нагретой поверхности, сопровождающимся выделением вредных веществ, в частности, окиси углерода. Разложение пыли начинается при температуре 65...70 °С и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80 °С.
В некоторых случаях, чтобы неслитая система отопления не замерзла во временно неотапливаемом доме, рекомендуется использовать специальный незамерзающий теплоноситель — антифриз (тосол). Любой антифриз является достаточно токсичным веществом, может привести к ускорению коррозионных процессов, снижению теплообмена, изменению гидравлических характеристик, завоздушиванию идр. Применение антифриза в качестве теплоносителя в каждом конкретном случае должно быть достаточно обоснованным.
Так как в России применяют центральные системы в основном водяного отопления, далее в этой главе будут рассматриваться только системы отопления с водным теплоносителем, т. е. водяное отопление.
По температуре теплоносителя различаются водяные системы низкотемпературные с предельной температурой горячей воды tr < 70 °С, среднетемпературные при tr 70— 100 °С и высокотемпературные при tr > 100 °С. Максимальное значение температуры воды ограничено 150 °С.
По способу создания циркуляции воды системы разделяются на системы с механическим побуждением циркуляции воды при помощи насоса (насосные) и с естественной циркуляцией (гравитационные), в которых используется свойство воды изменять свою плотность при изменении температуры (конвекция). Насосные системы используются практически повсеместно. Область применения гравитационных систем в настоящее время ограничена их использованием для отопления жилых домов в сельской местности.
По положению труб, объединяющих отопительные приборы, системы делятся на вертикальные и горизонтальные.
В зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами системы бывают однотрубные и двухтрубные, различия и схемы приведены в следующем пункте.
За последнее время достаточно широко стала применяться коллекторная (веерная, лучевая) схема соединения отопительных приборов (пример см. в п. «Поквартирные системы отопления»). В этой схеме каждый из группы приборов присоединяется к общему коллектору.
Систему водяного отопления применяют с верхним и нижним расположением магистралей, с тупиковым или попутным движением воды в них.

Системы водяного отопления с радиаторами

Радиаторные водяные системы являются наиболее распространенными, особенно в жилых и общественных зданиях, из всех существующих отопительных систем.
Многолетнее эксплуатирование подтвердило гигиенические и технические преимущества водяного отопления. По сравнению с паровым отоплением водяное ото-

рисСхемы системы местного водяного отопления: А — гравитационная система; Б—насосная система; 1 — подпиточный водопровод; 2 — котел; 3—расширительный бак; 4—радиатор; 5— циркуляционный насос; 6 — воздухосборное устройство
пление отличается: относительно низкой температурой поверхности нагревательных приборов (радиаторов) и трубопроводов; бесшумностью действия; простотой обслуживания и ремонта; достаточно равномерной температурой помещений; значительным сроком службы.
Если речь идет об отоплении зданий, то подразумевается поддержание в отапливаемых помещениях требуемого значения температуры воздуха. При этом требуемая температура воздуха не всегда подразумевается комфортной.
Системы водяного отопления различают на гравитационную (рисА) и насосную (рисБ). На рисунке 1 показаны схемы местной системы с котлом, который расположен непосредственно в отапливаемом здании.
Системы водяного отопления с гравитационной (естественной) циркуляцией жидкого теплоносителя имеют ограниченную область применения. Как правило, их используют для отопления отдельных малоэтажных зданий или квартир. Такие системы возможно использовать в зданиях с серьезными ограничениями по шуму и вибрациям. Чаще всего в системах с естественной циркуляцией предпочтение отдается верхнему расположению подающих магистралей (верхней разводке) и максимально возможной разнице по высоте между термоблоком (котлом) и нагревательными приборами (радиаторами). Это связано с тем, что движущей силой в гравитационных системах является плотность (масса) горячей (легче) и обратной остывшей воды (тяжелее).
В здании, которое оснащено гравитационной системой отопления, всегда устанавливается расширительный бак. Его всегда располагают выше магистральных трубопроводов в верхней части здания, часто на чердаке.
Наиболее широкое распространение сегодня получило водяное отопление с искусственным побуждением теплоносителя, т. е. насосное отопление.
Можно выделить три способа присоединения систем отопления к наружным теплопроводам при централизованном теплоснабжении (рис). В этом случае все системы являются насосными, даже если насос не устанавливается непосредственно в отапливаемом здании. При этом вода в систему подается насосными установками из общего центра теплоснабжения.
Прямоточная схема присоединения системы отопления (рисА) к наружным трубопроводам наиболее проста по конструкции и по обслуживанию. Такую систему применяют, если температура поступающей воды не выше допустимой в отопительной системе. Чаще всего такое условие выполняется при обслуживании соседних зданий одной небольшой котельной. Недостатками прямоточной системы являются зависимость теплового режима зданий от температуры воды в подающем наружном трубопроводе и ограниченность местного регулирования.

рисПринципиальные схемы систем центрального насосного водяного отопления при присоединении к наружным трубопроводам: 1 — обратный трубопровод; 2 — подающий трубопровод; 3 — циркуляционный насос; 4 — подпиточный насос; 5 — радиатор; 6 — смесительное устройство; 7—расширительный бак; 8— теплообменник
Зависимая (открытая) схема присоединения системы отопления со смешиванием сетевой воды и обратной воды из системы отопления (рисБ) немного сложнее по конструкции и в обслуживании. Первоначальная стоимость этой системы ниже независимой системы благодаря отсутствию в ней теплообменников, расширительного бака и насосов. Но это только в самом здании, а все эти элементы и их функции переносятся в центр нагревания теплоносителя. Поэтому неправильно судить о стоимости отопительной системы, ориентируясь только на то, что имеется в самом здании.
Обратную воду из системы отопления смешивают с высокотемпературной водой из наружного подающего трубопровода при помощи смесительного аппарата — водоструйного элеватора или насоса. Насосная смесительная установка имеет ряд преимуществ перед элеваторной: выше КПД; в случае аварии наружных тепловых сетей возможно, как и при независимой схеме, сохранение циркуляции воды в системе отопления, изменение температуры которой достаточно инерционно. При использовании элеваторной установки потери давления в системе отопления должны быть сравнительно небольшими, а смесительный насос можно применять в системах отопления со значительным гидравлическим сопротивлением.
Однако элеваторные вводные узлы получили наибольшее распространение благодаря кажущейся первичной дешевизне и простоте исполнения. Здесь имеет значение сравнительно низкий уровень шума при их эксплуатации и относительная безотказность. Однако, как правило, при элеваторном вводе с отоплением компонуется и система горячего водоснабжения, которая не только невозвратно расходует деаэрированную воду, но и приводит к длительному отключению систем горячего водоснабжения, что приносит неудобство пользователям и ускоряет старение систем горячего водоснабжения.
Независимая (закрытая) схема присоединения системы насосного водяного отопления (рисВ) очень близка к схемам местного теплоснабжения. Котлы здесь заменяются водо-водяными теплообменниками. Саму систему лучше заполнить деаэрированной водой или водой со специальными добавками, исключающими коррозию трубопроводов. Закрытая система бывает только насосной. В системах используется либо специальный циркуляционный насос, либо высокое давление в сети теплоснабжения.
При независимой схеме создаются независимые местный тепловой и гидравлический режимы отопительной системы. Первичная вода после теплообменников должна иметь значение температуры, допустимое в отопительной системе. Температура же обратной воды в расчетном режиме не должна быть ниже 70 °С.
Преимуществом независимой системы, кроме обеспечения индивидуальных гидравлического и теплового режимов, является возможность циркуляции воды (на неко-
торое время) для сохранения более или менее приемлемого теплового режима при авариях в наружных трубопроводах. Такие системы отопления служат дольше, чем системы с местной котельной, вследствие уменьшения коррозионной активности воды. Однако и местные насосные системы (на одно здание) тоже могут иметь добавки к воде для замедления коррозии трубопровода.

Источник:

Добавлена: 27 октября 2009

 

     
МастерOK
Все права защищены
RSS лента сайта МастерOK