Рекомендации по выбору систем отопления.

Табл. 3.11

В производственных сооружениях, зданиях и помещениях любого назначения с постоянным или длительным пребыванием (более 2ч) людей,в помещениях во время проведения ремонтно-восстановительных работ, а также в помещениях, в которых постоянная температура необходима по технологическим условиям, следует предусматривать соответствующую систему отопления для поддержания требуемых температур внутреннего воздуха в холодный период года.

При выборе системы отопления, вида и параметров теплоносителя, а также типов нагревательных приборов необходимо учитывать тепловую инерцию ограждающих конструкций, а также характер и назначение зданий и сооружений (СНиП 2.04.05-91)

Системы отопления являются неотъемлемой частью здания поэтому они должны удовлетворять санитарно-гигиеническим, технико-экономическим, архитектурно-строительным и монтажно-эксплуатационным требованиям.

Санитарно-гигиенические требования предусматривают обеспечение заданной температуры воздуха в отапливаемых помещениях, а также поддержание температуры поверхности отопительных приборов, исключающей возможность ожогов и пригорания пыли.

Технико-экономические требования заключаются в том, чтобы расходы на сооружение и эксплуатацию отопительной системы были минимальными.

Архитектурно-строительные требования предусматривают взаимную увязку всех элементов отопительной системы (отопительных приборов, трубопроводов и другого оборудования) со строительными архитектурно-планировочными решениями помещений, обеспечение сохранности строительных конструкций на протяжении всего срока эксплуатации здания.

Монтажно-эксплуатационные требования к системам отопления заключаются в том, что системы отопления должны соответствовать современному уровню механизации и индустриализации заготовительных и монтажных работ, обеспечивать надежность работы в течение всего срока эксплуатаци, быть достаточно простыми в обслуживании.

Системы отопления включают в себя три основных элемента: источник теплоты, теплопроводы и отопительные приборы.

Наиболее эффективны в санитарно-гигиеническом отношении системы водяного и парового отопления, в которых в качестве теплоносителя используют соответственно горячую воду и водяной пар. Однако и эти системы применяют с ограничениями. Их установка не допускается в помещениях, в которых хранятся или применяются карбид кальция, калий, натрий, литий и другие вещества, способные при взаимодействии с водой загораться, взрываться или разлагаться с выделением взрывоопасных веществ, а также в помещениях, в которых возможно выделение в воздух или осаждение на поверхности строительных конструкций и оборудования веществ, способных к самовоспламенению при соприкосновении с горячими поверхностями нагревательных приборов и трубопроводов (например, паров

сероуглерода). Во всех случаях поверхности нагревательных приборов не должны иметь температуру выше 150ºС. При наличии в помещенияхневзрывоопасной, органической, возгоняемой или неядовитой пыли эта температура не должна превышать 110ºС. Известно, что уже при температуре 80ºС могут происходить возгонка, разложение и пригорание органической пыли , сопровождаемое неприятным запахом гари. Нагревательные приборы должны иметь гладкую поверхность, удобную для систематической очистки. Нагретые поверхности отопительных приборов представляют опасность при наличии в пыли органических веществ, например целлулоида, диэтилового эфира и других легковоспламеняющихся и разделяющихся веществ.

Наиболее безопасным является воздушное отопление, при котором нагревание воздуха производится в калориферах. В таких системах в качестве теплоносителя обычно используют горячую воду или пар. Однако в отдельных случаях для подогрева воздуха допускается применение газа (при условии удаления продуктов горения непосредственно наружу) и электрической энергии.

Для обогрева коттеджей, офисов, мастерских, торговых павильонов, складов, ванных комнат и ряда других помещений в настоящее время стали применять электрокамины, электрокалориферы, подогреваемые полы и другие электрифицированные отопительные приборы отечественного и зарубежного производства.

КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ табл. 3.6

Системы воздушннго отопления

Системы воздушного отопления следует предусматривать для помещений, указанных в табл. 3.11.

Воздушное отопление, воздушное душирование (создание требуемых параметров микроклимата в ограниченном объеме, о чем подробно рассмотрено в разделе “вентиляция”) и воздушно-тепловые завесы проектируют для обеспечения допустимых параметров воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещений (на постоянных и непостоянных рабочих местах).

В качестве теплоносителя для обогрева помещений используют наружный воздух. Это позволяет в одной системе объединить функции отопления и вентиляции, что приводит к существенной экономии топливно-энергетических ресурсов. Системы воздушного отопления при возможности конструируют с рециркуляцией, когда воздух частично или полностью забирается не снаружи, а из отапливаемого помещения.

Системы воздушного отопления классифицируют по следующим признакам:

по роду теплоносителя – системы с водяными, паровыми, электрическими, газовыми калориферами;

характеру перемещения нагреваемого воздуха – с естественным и механическим побуждением, создаваемым вентилятором;

схеме вентилирования отапливаемых помещений – прямоточные (рис.3.21, а), с частичной (рис.3.21, б ) и полной (рис.3.21, в ) рециркуляцией;

месту нагревания воздуха – местные (нагревание воздуха местными отопительными агрегатами) и центральные (нагревание воздуха в общем центральном агрегате с последующей транспортировкой его по отапливаемым помещениям).

Расход воздуха Lв , м³/ч, для воздушного отопления, не совмещенного с вентиляцией, определяют по формуле:

3,6 · Qпр

Lв = -------------------------------, м³/ч

с · ( tпр. - tв. )

где Qпр - тепловой поток для отопления помещения, Вт;

с - теплоемкость воздуха, равная 1,2 кДж/(м³ºС);

tпр. - температура приточного воздуха, подаваемого в помещение,ºС;

tв. - температура воздуха в помещении, ºС.

Температуру приточного воздуха, подаваемого в помещение аппара-

тами воздушного отопления и предварительно нагреваемого в воздухонагревателе, определяют по формуле:

tпр. = tн. + ∆ t + 0,001 ρ

где tн. - температура наружного воздуха, ºС;

∆ t - изменение температуры воздуха в воздухонагревателе, ºС;

ρ - полное давление воздуха после вентилятора. Па.

При проектировании воздушного отопления для надежности его рабо-

ты нужно предусматривать резервный вентилятор или устанавливать не менее двух отопительных агрегатов

При выходе из строя вентилятора допускается снижение температуры воздуха в помещении ниже нормируемой, но не более чем на 5ºС при обеспечении подачи наружного воздуха.

При нагревании воздуха в приточных и рециркуляционных установках следует принимать температуру теплоносителя не выше 150ºС.

Для нагревания воздуха в системах воздушного отопления применяют калориферы различных конструкций, ими также комплектуют отопительные агрегаты и приточные вентиляционные камеры. В калориферах воздух нагревается за счет энергии теплоносителя (горячая вода, пар, дымовые газы) или электроэнергии.

Отопительные агрегаты используют для нагревания рециркуляционного воздуха. Они состоят их калорифера, вентилятора с электродвигателем и направляющего аппарата, который формирует струю горячего воздуха, подаваемого в отапливаемое помещение. Отопительные агрегаты применяют для воздушного отопления крупных производственных помещений (например, вагоносборочных цехов и т.п.), в которых по санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям в рабочее время допускается рециркуляция воздуха, а также в качестве дежурного отопления в нерабочее время .

Для уменьшения объема проникающего в помещение холодного воздуха при открывании наружных дверей и ворот в холодное время года применяют специальные устройства – воздушные тепловые завесы, которые в остальное время могут использоваться как рециркуляционные установки.

Воздушные тепловые завесы целесообразно применять:

у постоянно открытых проемов в наружных стенах помещений, а также у ворот и проемовв наружных стенах, не имеющих тамбуров и открывающихся более пяти раз или не менее чем на 40 мин в смену в районах с расчетной температурой наружного воздуха -15ºС и ниже;

наружных дверей вестибюлей общественных и административно-бытовых зданий;

наружных дверей, ворот и проемов помещений с мокрым режимом;

наружных дверей зданий, если к вестибюлю примыкают помещения без тамбура, оборудованные системами кондиционирования;

проемов во внутренних стенах и перегородках производственных помещений для предотвращения перетекания воздуха из одного помещения в другое;

ворот, дверей и проемов помещений с кондиционированием воздуха или по специальным технологическим требованиям.

В воздушном и тепловом балансах здания теплоту, подаваемую воздушными завесами периодического действия, не учитывают.

Температуру воздуха, подаваемого воздушными тепловыми завесами, принимают не выше 50ºС у наружных дверей и не выше 70ºС у наружных ворот и проемов

Воздушные тепловые завесы расчитывают с учетом ветрового давления. Расход воздуха определяют, принимая температуру наружного воздуха и скорость ветра при параметрах Б (но скорость не более 5 м/с)

Если скорость ветра при параметрах Б меньше, чем при параметрах А, то воздухонагреватели следует проверять при параметрах А

При расчете систем воздушного отопления за расчетные параметры наружного воздуха принимают параметры Б. Одна из систем в нерабочее время может функционировать как дежурная.

Скорость выпуска воздуха из щелей или отверстий воздушных тепловых завес принимают не более 8м/с у наружных дверей и 25м/с у ворот и технологических проемов.

К достоинствам систем воздушного отопления можно отнести:

снижение первоначальных затрат за счет сокращения расходов на отопительные приборы и трубопроводы;

обеспечение высоких санитарно-гигиенических условий воздушной среды в помещениях благодаря более равномерному распределению температуры воздуха в объеме помещения, предварительному обеспыливанию и увлажнению воздуха.

Недостатками систем воздушного отопления являются: значительные размеры воздуховодов;

большие потери теплоты при движении воздуха по протяженным воздуховодам.

Лучистое отопление

Лучистое отопление – это передача теплоты от более нагретых поверхностей к менее нагретым посредством инфракрасного излучения. Это излучение имеет такие же свойства, как и электромагнитное излучение в любом другом диапазоне: распространяется прямолинейно, не поглощается прозрачным воздухом или вакуумом. Лучистая теплота поглощается частицами пыли или двуокисью углерода, содержащимися в воздухе.

Лучистый обогреватель самой простой конструкции представляет собой две трубы длиной около 5м и диаметром 75мм. Одним концом трубы соединены друг с другом. В одной трубе устанавливается газовая горелка, а в другой – вакуумный вентилятор. Над трубами крепится рефлектор из полированной стали или алюминия. Вся конструкция подвешивается высоко под крышей здания.

Во время работы горелка дает пламя, которое распространяется по длине первой трубы, а вакуумный вентилятор создает тягу для продуктов горения, которые, пройдя по всей длине устройства, выбрасываются наружу через специальный вытяжной дымоход. При этом трубы нагреваются до температуры 150…650ºС и испускают лучистую теплоту. С помощью металлического рефлектора инфракрасное излучение направляется вниз, в зоны пребывания людей.

Устройство горения состоит из двух отделений. Первое – это камера сгорания, в которой находится головка горелки и устройство зажигания, а также пламячувствительные электроды. Во втором отделении расположены системы контроля: регулятор давления газа, клапан перекрывания подачи газа, регулятор горелки и включатель вакуумной системы обеспечения тяги. Под системами контроля расположены два индикатора – лампочки, позволяющие визуально следить снизу за правильностью процесса функционирования всего устройства.

При включении обогревателя автоматически выполняется требуемая последовательность операций. Сначала происходит автоматическая проверка системы обеспечения вакуума. Затем включается и разгоняется до рабочей скорости вентилятор, при этом приходит в рабочее состояние включатель системы обеспечения вакуума. В течение определенного времени труба продувается, благодаря чему удаляются остатки продуктов горения. После этого срабатывает свеча зажигания около головки горелки и открывается клапан подачи газа. Обычно зажигание происходит мгновенно и бесшумно, свеча зажигания отключается, и горелка начинает работать под постоянным контролем электронного детектора пламени и включателя системы обеспечения вакуума. Если в какой-то момент пламя погаснет, то горелка тут же отключится, после чего автоматически бедет осуществлена одна попытка зажигания. Если она не удастся, то вся система выключится. Если в какой-то момент времени произойдет уменьшение или потеря тяги, за чем следит система обеспечения вакуума (обеспечения вакуумной тяги), то обогреватель также сразу выключится.

В настоящее время выпускаются обогреватели мощностью 10…44 кВт с трубами прямолинейными и П-образной формы, обогреватели с индивидуальными вентиляторами и системы обогревателей, использующие один общий вытяжной вентилятор.

При проектировании системы лучистого отопления сначала расчитывают теплопотери здания, а затем определяют число и размеры лучистых обогревателей с учетом высоты их крепления пол потолком и площади обогреваемой поверхности пола. Планировать размещение обогревательных установок нужно так, чтобы пол обогревался равномерно или, наоборот, меньше обогревался в местах складирования продуктов и больше – в зонах пребывания людей. В случае лучистого отопления это легко обеспечить, меняя число обогревателей на единицу площади пола. Обогреватели крепят на высоте 3,6…20м и выше от уровня пола. При установке лучистых обогревателей нужно стараться, чтобы на наружные ограждающие конструкции попадал минимум лучистой теплоты. Обогреватели, подвешиваемые горизонтально у потолка, зарекомендовали себя лучше, чем крепящиеся наклонно на стенах.

Необходимо соблюдать минимальные расстояния от обогревателей до горючих материалов. Для обогревателя мощностью 22 кВт это расстояние обычно равно 1,25м.

Лучистые обогреватели потребляют очень мало электроэнергии. Системы лучистого отопления позволяют избежать характерного для систем воздушного отопления значительного перепада температур у пола помещения и у его потолка. В случае воздушного отопления, т.е. обогрева помещения подогретым воздухом, при температуре у пола около 22ºС температура у потолка может достигать 30ºС и выше, в зависимости от высоты помещения. При этом значительно возрастают теплопотери здания через ограждающие конструкции, а также за счет вентиляционных выбросов значительно нагретого внутреннего воздуха. Например, при наружной температуре 2ºС разница температур между поступающим и выходящим воздухом составляет около 28ºС. Все это приводит к возрастанию энергопотребления данного здания. В случае же использования систем лучистого отопления теплопотери снижаются, так как температура внутреннего воздуха значительно ниже. Особенно эффективно применение систем лучистого отопления в зданиях с очень высокими потолками и незначительной теплоизоляцией ограждающих конструкций, что обычно имеет место в промышленных зданиях.

Определенные преимущества имеет лучистое отопление и по сравнению с центральным паровым. Прежде всего, лучистое отопление более экономично. При центральном паровом отоплении неизбежны многочисленные тепловые потери, чего не наблюдается у систем лучистого отопления, где топливо сжигается непосредственно в месте его утилизации и отсутствуют теплопотери при передаче теплоты на расстояние. Кроме того, системами лучистого отопления легче управлять (регулировать) в случае снижения потребности тепловой нагрузки: достаточно отключить одну или несколько установок. При центральном отоплении регулировать теплоотдачу значительно сложнее.

Обычно при использовании систем лучистого отопления вместо традиционных экономия достигает 25…60%.

Лучистое отопление от инфракрасных нагревателей

Отечественное предприятие ЗАО “Сибшванк” (г.Тюмень) разработало и производит газовые инфракрасные нагреватели. На рис. 5.7 представлена принципиальная схема газового инфракрасного нагревателя.

По трубопроводу 1 к блоку автоматики 2 подводится природный газ. Сгорание газа в камере 3 обеспечивается эжекцией воздуха (показано стрелками), в количестве, обеспечивающем высокую полноту сгорания газа, что контролируется автоматикой блока 2, теплота сгорания газа распределяется в камере 4 и затрачивается на нагрев пористой керамической плитки 5. Через 40-50сек. После зажигания газа керамическая плитка 5 нагревается до рабочей температуры 800-1000ºС. нагретая до такой высокой температуры раскаленная керамическая плитка становится источником теплового инфракрасного излучения.

На рис. 5.8 показан газовый излучатель инфракрасного типа ГИИ, производимый фирмой “Сибшванк” в пяти типоразмерах, технические характеристики которых представлены в табл. 5.1.

В табл. 5.1 помимо технических характеристик, приведены данные о содержании вредных выбросов при коэффициенте избытка воздуха при сжигании газа, равном 1. Выбрасываемые в верхнюю зону вредности подлежат удалению от работы общеобменной вентиляции. При этом концентрация вредностей в выбросном вытяжном воздухе должна быть не выше предельно допустимой в выбросном воздухе (ПДВ).

Расчет и проектирование систем лучистого отопления с использованием газовых инфракрасных излучателей имеет ряд отличий от расчетов и проектирования водяных и паровых систем отопления. Первое отличие заключается в том, что расчет теплопотерь через наружные стены, окна, фонари и перекрытия при применении потолочных лучистых нагревателей должен проводится с учетом значительного изменения температуры воздуха по высоте цеха.

Второе отличие – размеры по площади потока лучистой теплоты на поверхность пола зависят от размеров лучистого нагревателя и его конструкции. Поэтому фирмы-изготовители предлагают обращаться к ним для выполнения расчета системы отопления с газовыми инфракрасными излучателями.

Электрическое отопление

Конструктивные варианты систем электрического отопления в связи с появлением на отечественном рынке зарубежных поставщиков отопительного оборудования стали весьма разнообразны. Заслуживает внимания опыт применения электроэнергии для нагревания пола в помещении.

Подогреваемый пол представляет собой электрическую систему отопления для дома, офиса, мастерской и т.п. Он дает достаточно теплоты при любом типе покрытий, включая плитку, ковер и даже твердую древесину. Системы “теплый пол” можно закладывать , соблюдая требования СНиП 2.04.05-91 на этапе проектирования или устанавливать при ремонте пола. Подогреваемые полы обеспечивают оптимальное распределение температуры по высоте помещения.

Установленная мощность нагревательных секций зависитот обогреваемой площади. Так, при обогреваемой площади 1,5…2,0м2 установленная мощность составляет 0,19кВт; при 4,5…6,0м2 – 0,59кВт; при 8,0…10,0м2 –0,9кВт; при 12,0…16,0м2 – 1,4 кВт; при 18,0…22,0м2 – 2,0кВт; при 28,0…35,0м2 – 3,3кВт.

“Теплый пол” используют в качестве основной системы отопления в отдельно стоящих зданиях, когда нет возможности подключиться к системе центрального отопления, или как дополнительное отопление для получения теплового комфорта в помещениях с холодным покрытием пола (мрамор, кафель и др.).

В индивидуальном жилищном строительстве значительное распространение получили системы отопления с электрическими конвекторами. Конвекторы, устанавливаемые внутри здания под окнами наружных стен помещения, обеспечивают своеобразную завесу теплого воздуха вдоль холодных стен

Расчет количества электрических конвекторов, необходимого для отопления , аналогичен расчету количества конвекторов водяного отопления.

Последним достижением в области систем электрического отопления являются длинноволновые потолочные обогреватели, предназначенные для создания теплового комфорта в любых помещениях. Эти обогреватели на сегодняшний день зарекомендовали себя как наиболее универсальные и экономичные отопительные приборы. Их можно использовать как в качестве основного, так и в качестве дополнительного отопления, причем без больших капитальных затрат, которых требует монтаж традиционных систем отопления. По своим техническим характеристикам длинноволновое отопление не имеет себе равных. Такие обогреватели быстро и эффективно создают и поддерживают микроклимат, затрачивая электроэнергии на 30…60% меньше по сравнению с традиционными системами отопления. Аккумулирование теплоты в здании позволяет системе какое-то время работать на холостом ходу. Применение терморегуляторов обеспечивает максимальную экономию. Функция антизамерзания обеспечивает температуру 5ºС, при этом потребляется минимум энергии. Обогреватели не портят интерьер, они легко крепятся на кронштейнах к потолку, не занимая полезную площадь. Срок их службы – не менее 25 лет.

Системы водяного отопления

Для систем отопления и внутреннего теплоснабжения в жилом, гражданском и промышленном строительстве в качестве теплоносителя следует применять, как правило, воду; другие теплоносители допускается использовать при соответствующем технико-экономическом обосновании.

В системах водяного отопления вода последовательно проходит магистральные трубопроводы, подающие стояки, отопительные приборы, обратные стояки и через обратные магистрали возвращается в генераторы (источники) теплоты.

Системы водяного отопления классифицируют:

- по способу циркуляции воды - на системы с естественным и принудительным побуждением;

- по схеме отопительных стояков - на системы двухтрубные (рис.3.3) и однотрубные (рис.3.4);

- по способу прокладки магистральных трубопроводов горячей воды - на системы с верхней разводкой (прокладкой) магистралей (рис.3.5, а, см. также рис.3.4, а) и системы с нижней разводкой (см. рис.3.4, б);

- по конструкции магистральных трубопроводов горячей воды - на тупиковые (см. рис.3.4, а,б) и с попутным движением (см. рис.3.4, в);

- по конструктивному размещению стояков - на системы с вертикальным (см. рис.3.4, а,б) и горизонтальным (см. рис.3.4,в) расположением стояков;

- по способу присоединения отопительных приборов к стояку - на системы одностороннего (см. рис.3.4,а,б) и двухстороннего присоединения

Системы односторонненго присоединения отопительных приборов к стоякам проще в изготовлении, монтаже и эксплуатации, поэтому им следует отдавать предпочтение.

Однотрубные системы отопления конструктивно могут быть с проточными стояками (см. поз. 15 на рис.3.4, а) и со стояками с замыкающими участками (смешанными 8 или центральными).

Систему отопления с проточными стояками применяют при расположении их в одном помещении (вестибюль, зал, цех, лестничная клетка). Регулировочную арматуру в этом случае у отопительных приборов не ставят.

В зданиях с четко выраженными поэтажными технологиями наиболее часто применяют системы отопления с горизонтальными стояками (см. рис.3.4, в).

Рассмотрим более подробно каждую классификацию системы.

Системы отопления с естественной циркуляцией. Для таких системхарактерна небольшая протяженность трубопроводов и малыегидравлические потери. Располагаемое давление для циркуляции воды определяется разностью массовых плотностей охлажденной и горячей воды. Патент на изобретение этой системы был выдан в 1832 г. русскому инженеру-металлургу, члену-корреспонденту Российской академии наук П.Г.Соболевскому

На рис.4.1 представлена схема вертикального циркуляционного кольца отопительной системы при местном нагреве воды в теплогенераторе (например, в отечественном водонагревателе типа “АВГ”).

Из местного нагревателя 1 горячая вода с температурой twг1 и массовой плотностью ρwг1 поднимается по вертикальной трубе 2 до расширительного бака 3. Далее вода по горизонтальному наклонному трубопроводу 4 поступает к вертикальному стояку 5. По стояку 5 горячая вода распределяется по отопительным приборам 6, где отдается теплота на нагрев воздуха в помещении, а охладившаяся вода по обратному трубопроводу 7 с температурой поступает к нагревателю 1. К обратному трубопроводу через патрубок присоединены трубопроводы подпитки 8 и опорожнения системы 9. В верхней части расширительного бака 3 собирается воздух, который по трубопроводу 10 удаляется в раковину 11.

В системе отопления развиваемй напор вычисляется по формуле:

Не.ц. = g· h · (ρwоб. - ρwг.1), Па

Примем, что в квартирной системе отопления высота расположения расширительного бака h = 3 м. Из местного нагревателя выходит вода с twг1 = 90˚С при ρwг.1 =965 кг/м³ . После охлаждения в трубах и отопительных приборах обратная вода имеет tw.об. = 60˚С при ρwоб = 983 кг/м ³. По формуле вычислим развиваемый напор естественной циркуляции воды в системе комнатного отопления:

Не.ц. = 9,8 · 3 · (983 – 965) = 529 Па.

Малое располагаемое давление для преодоления потерь на трение и местное сопротивление в контуре циркуляции воды в трубопроводах ограничивает применение систем отопления с естественной циркуляцией в квартирах и односемейных домах с автономными водонагревателями.

Системы водяного отопления с принудительным побуждением получили более широкое распространение. Они позволяют обогревать большое количество помещений от одного центрального источника теплоты. В системах такого типа теплоноситель (вода) перемещается циркуляционным насосом или водоструйным эжектором (элеватором). В системах водяного отопления, работающих от домовых и квартальных котельных, устанавливают расширительные баки объемом, равным увеличению объема воды в процессе ее расширения.

Двухтрубные системы следует применять в малоэтажных зданиях, имеющих один-два этажа. В сязи с современными требованиями индивидуального учета расхода теплоты духтрубные системы получили широкое применение в квартирных системах отопления.

Системы с верхней разводкой применяются в зданиях с отапливаемыми чердачными помещениями или с верхними техническими этажами.

Системы с нижней разводкой применяются в бесчердачных зданиях с техническими подпольями и подвалами.

Системы с тупиковым движением воды применяются для сокращения протяженности и диаметра магистралей.

Системы с попутным движением воды применяются в насосных системах значительной протяженности при малой тепловой нагрузке стояков.

С вертикальным расположением стояков. Вертикальные стояки присоединяют к горизонтальным магистралям и устраивают однотрубными и двухтрубными. Сравнивая однотрубные стояки с двухтрубными в системе водяного отопления, можно установить экономическое и производственное преимущества однотрубных стояков (особенно проточных), возрастающие по мере увеличения высоты здания. Эксплуатационное достоинство однотрубных стояков – их тепловая надежность объясняет их преимущественное использование в современной насосной системе водяного отопления. Вертикальные однотрубные стояки при верхней разводке подающих магистралей применяют в многоэтажных зданиях, имеющих четыре-девять и более этажей.

Вертикальные однотрубные стояки при нижней прокладке обеих магистралей. Так называемые П-образные стояки стали применяться с 1960г., в связи с массовым строительством бесчердачных зданий. На рис.3.5, а приведена общеупотребительская схема П-образного стояка для 3-х этажного здания. В нижнем этаже показано проточное движение воды через отопительные приборы, в среднем этаже изображены узлы со смещенными замыкающими участками и в верхнем - проточно-регулируемые узлы с трехходовыми кранами. На отопительных приборах верхнего этажа устанавливают воздушные краны (рис.3.6).

На рис. 3.6 показана схема вертикального бифилярного П-образного стояка, который получил распространение в панельном строительстве жилых домов. В этом стояке отопительный прибор каждого помещения делится на две части – одна (слева) с количественным регулированием теплопередачи, другая (справа) нерегулируемая проточная. В верхнем этаже предусматривается воздушное регулирование теплопередачи проточного отопительного прибора.

В схеме П-образного однотрубного стояка, изображенной на рис.3.6, в, сочетаются преимущества движения воды в отопительном приборе сверху вниз и нижней прокладки обеих магистралей.

Вертикальные П-образные однотрубные стояки применяют в бесчердачных многоэтажных (три-семь этажей) зданиях, имеющих техническое подполье или подвал. Бифилярные стояки преимущественно используют в полносборном строительстве при внедрении бетонных отопительных панелей, совмещенных со строительными конструкциями, и пофасадного автоматического количественного регулирования их теплопередачи. При строительстве здания в зимнее время система отопления с П-образными стояками может включаться постепенно – поэтажно по мере начала внутренних отделочных работ.

Вертикальные однотрубные стояки при нижней разводке подающей магистрали и верхней прокладке обратной, так называемые стояки с “опрокинутой” циркуляцией воды, стали применяться с 1965г. в зданиях повышенной этажности (девять и более этажей). На рис. 3.7 показана схема однотрубного стояка с “опрокинутой” циркуляцией воды с проточным узлом в нижнем этаже, со смещенным замыкающим участком во втором этаже и с проточно-регулируемым узлом в верхнем этаже. Преимуществом применения этой схемы является улучшение теплового режима высоких зданий и возможность стандартизации размеров отопительных приборов (когда темп охлаждения воды в стояке соответствует степени уменьшения теплопотерь однотипных помещений по вертикали). Недостатком является некоторое увеличение площади поверхности отопительных приборов при движении воды в них снизу вверх по сравнению с площадью при подаче воды сверху, а также возможность нарушения циркуляции воды при незначительном сопротивлении стояков (под влиянием различного естественного циркуляционного давления в стояках).

Для большинства рассмотренных схем вертикальных однотрубных стояков характерно одностороннее присоединение отопительных приборов к стояку. Хотя при этом и увеличивается количество стояков, однако это позволяет унифицировать узлы обвязки отопительных приборов как по диаметру, так и по длине труб, что необходимо при массовом изготовлении. Кроме того, при увеличении открыто проложенных стояков уменьшаются размеры основных отопительных приборов.

Вертикальные двухтрубные стояки при верхней разводке подающей магистрали применяют в основном при естественной циркуляции воды в системе отопления. При насосной циркуляции воды из-за тепловой ненадежности их используют в системе отопления малоэтажных зданий (два-три этажа).

С горизонтальным расположением стояков. Горизонтальные ветви, устраивают как и вертикальные стояки однотрубные и двухтрубные. Горизонтальные однотрубные системы рекомендуется применять в протяженных зданиях, в зданиях с ленточным остеклением, в зданиях, где каждый этаж имеет различное технологическое назначение и режим, особенно при значительном расходе воды в отопительных приборах.

Горизонтальное двухтрубное распределение воды по отопительным приборам в каждом этаже применяется в многоэтажных зданиях лишь в тех случаях, когда использование однотрубной схемы невозможно или нецелесообразно. Горизонтальная двухтрубная система отопления чаще предусматривается в одноэтажных зданиях, причем тогда магистрали и стояки фукционально совмещаются. Присоединение труб к отопительным приборам выполняется преимущественно разносторонним, движение воды в приборах предусматривается по схемам сверхк-вниз или снизу-вниз. При нижней разводке греющей воды в верхней части отопительных приборов устанавливают воздушные краны. Горизонтальная двухтрубная система с насосной циркуляцией воды применяется при значительной протяженности и тепловой нагрузке. При этом гидравлическое сопротивление приборов по возможноси увеличивают, используя краны повышенного сопротивления.

На основании вышеизложенного можно установить следующие положения для выбора конструкции системы отопления.

В многоэтажных зданиях, имеющих более трех этажей, проектируются преимущественно вертикальные однотрубные системы отопления. В бесчердачных зданиях средней этажности используются однотрубные системы с нижней прокладкой обеих магистралей. В зданиях повышенной этажности применяются однотрубные системы с нижней разводкой подающей магистрали для создания “опрокинутой “ циркуляции воды в стояках.

В зданиях массового строительства предпочтение отдается однотрубному стояку унифицированной конструкции, имеющему один диаметр и повторяющуюся длину его элементов.

В зданиях ограниченного объема, имеющих разноэтажные части, устраиваются двухтрубные системы с нижней прокладкой обеих магистралей. В одноэтажных зданиях, в двух-трехэтажных пристройках к главному зданию используются в основном горизонтальные однотрубные системы, могут применяться и двухтрубные системы с верхней разводкой подающей магистрали.

Чем выше здание, тем меньше должно быть гидравлическое сопротивление узла каждого отопительного прибора вертикального однотрубного стояка, и, наоборот,тем больше должно быть сопротивление каждого приборного узла двухтрубного стояка или горизонтальной однотрубной ветви.

При установке счетчиков учета потребителями расходов теплоты на отопление устраиваются квартирные двухтрубные системы с нижней разводкой трубопроводов.

По способу присоединения циркуляционной системы отопления к источнику теплоснабжения (теплогенератору) и организации гидравлического, циркуляционного режима в ней можно выделить две основные разновидности:

· насосные системы отопления с зависимым присоединением к источнику теплоснабжения;

· насосные системы отопления с независимым (гидравлически изолированным) от источника теплоснабжения присоединением.

Отличительной особенностью систем с зависимым присоединением

является общий с источником теплоснабжения гидравлический режим, устанавливаемый и управляемый, как правило, на источнике теплоснабжения – котельной, РТС,ТЭЦ. В этом случае циркуляция воды в системе отопления и подпитка ее осуществляется насосами, установленными на источнике. Подача теплоты в отапливаемое здание производится непосредственно из сети централизованного теплоснабжения по трубопроводам (тепловым сетям), соединяющим источник с системой отопления здания. Изменение температуры горячей воды, подаваемой в систему отопления достигается путем смешения подаваемой из системы теплоснабжения сетевой воды с температурой Тw.г.1 и обратной воды, выходящей из системы отопления, с температурой Тw.г.2 = tw.г.2.

На рис3.13 показана принципиальная схема применения водоструйного элеватора для получения начальной температуры воды tw.г.1. в системе отопления и создания необходимой циркуляции в ней.

Элеватор состоит из сопла 1, обратной трубы 2, смесительной камеры (смесителя) 3 и диффузора 4. Работаэлеватора основана на использовании энергии воды, вытекающей с высокой скоростью из сопла 1 для подсоса охлажденной воды из обратного трубопровода системы. Поток смешанной воды поступает в камеру 3, где происходит выравнивание скорости воды по сечению. За счет плавного снижения скорости в диффузоре 4 происходит повышение статического давления; в результате разности давлений в конце диффузора и в обратном трубопроводе обеспечивается циркуляция воды в системе отопления. Для элеватора основной расчетной характеристикой является коэффициент смешения и , представляющий собой отношение расходов подсасываемой Gn и сетевой воды Gc, поступающей в сопло:

Gn

и = -----------

Gc

Расчет элеватора сводится к определению диаметров смесительной горловины dг. и сопла dс . Диаметр горловины находят по формуле:

dг. = 0,874 · √ Gnр.

где Gnр. - приведенный расход воды с учетом расчетной потери напора в отопительной системе.

По вычисленному диаметру горловины подбирают соответствующий серийный элеватор.

Серийные элеваторы имеют следующие диаметры горловины:

Номер элеватора…………...1 2 3 4 5 6 7

dг , мм……………………15 20 25 30 35 47 59

Минимальный диаметр сопла во избежание засорения принимают равным 4мм.

Необходимое давление сетевой воды перед элеватором, кПа, определяют по формуле:

Рс = 14 · ( 1 + и )² ·∆ h

где ·∆ h - расчетная потеря напора в отопительной системе (по данным гидравлического расчета).

Элеватор можно подбирать по номограмме (рис. 3.14).

Температура горячей воды в системах отопления с зависимым присоединением будет изменяться по графику теплоснабжения от ТЭЦ для большого числа зданий без учета особенностей формирования теплового режима в каждом здании. Это приводит к перетопам зданий,,перерасходам теплоты и поэтому от схем обеспечения циркуляции воды в системмах отопления с помощью гидроэлеваторов постепенно отказываются.

В своде правил по проектированию и строительству “Проектирование тепловых пунктов. СП 41-101-95” схемы присоединения зависимых систем теплоснабжения рекомендуется выполнять со смесительными насосами.

От работы насоса 6 обеспечивается приготовление горячей воды для системы отопления. Насос 6 производит смешение потоков воды и не влияет на циркуляционное давление в системе отопления, которое определяется автоматическим контролем перепада давлений воды в подающем 7 и обратном 8 трубопроводах с помощью регулятора перепада давлений 5. Обратный клапан 4 препятствует поступлению горячей воды в перемычку 3 при остановке насоса 6.

Схема циркуляции со смесительным насосом позволяет изменять температуру горячей воды tw.г.1., поступающей по трубопроводу 7 в систему отопления здания. Наличие автоматического клапана 2 на подающем трубопроводе горчей воды от ТЭЦ позволяет изменять количество теплоты, подаваемой к зданию. При повышении температуры обратной воды tw.г.2. или температуры наружного воздуха от микропроцессора регулятора последует команда на закрытие клапана 2 на трубопроводе 1 подачи горячей воды от ТЭЦ. Это вызовет изменение давления воды в трубопроводе 7 и регуляторе 5 контроля постоянства перепада давления в трубопроводах 7 и 8, что обеспечит увеличение сечения для прохода воды по перемычке 3. Соответственно смесительный насос 6 будет подавать большее количество обратной воды Gw.об.см. , проходящей по перемычке 3. Температура смеси понизится и соответственно понизится тепловая мощность системы отопления.

Наибольшей гидравлической и тепловой устойчивостью обладают системы отопления, включенные в систему ценрализованного теплоснабжения по независимой схеме присоединения, показанная на рис. 4.22.

Подающий трубопровод 1 от теплосети присоединен к водоводяному пластинчатому теплообменнику 2. Через стенки гофрированных пластинчатых каналов теплота от горячей сетевой воды (первичной) G т.с.w.г.

передается на нагрев (вторичной) воды Gw.г., циркулирующей по системе отопления здания от работы циркуляционного насоса 9 . Для экономии электроэнергии рационально применить насос 9 с электронным регулированием частоты вращения электродвигателя по датчикам замера перепада давления в подающем 5 и обратном 7 трубопроводах системы отопления.

Для экономии теплоты на отопление помещений у нагревательных приборов имеются терморегуляторы 6, изменяющие расход горячей воды в зависимости от контролируемого значения температуры воздуха в помещении. Изменение расхода воды через отопительный прибор с терморегулятором 6 повышает давление воды в подающем трубопроводе 5. Повышение давления воды в трубопроводе 13 перед регуляторами 6 отопительных приборов в помещениях, где тепловой режим отвечает условиям теплового комфорта, приведет к возрастанию прохода горячей воды в отопительные приборы в этих помещениях. Соответственно температура воздуха в этих помещениях повысится выше комфортного уровня. Произойдет перегрев помещения и перерасход теплоты. Для избежания перерасхода теплоты и нарушения комфортного теплового режима в помещениях в подающем 5 и обратном 7 трубопроводахсохраняется постоянное давление благодаря применению насоса 9 сэлектронным автоматическим регулированием.

Начальную температуру воды tw.г.1 энергетически рационально снижать с повышением температуры наружного воздуха, что достигается регулятором, контролирующим температуру наружного воздуха и температуру обратной воды Тw.об. в обратном трубопроводе 4 теплосети, воздействием на автоматический клапан 3.

В процессе эксплуатации системы отопления возможны утечки циркулирующей воды. Снижение уровня воды в верхней части системы отопления контролируется датчиком, связанным с автоматическим устройством в герметичном баке 12. При понижении уровня воды в системе отопления ниже контролируемого уровня автоматический регулятор в баке 12 включает в работу один из сдвоенных насосов 11, при работе которого в систему отопления по соединительному трубопроводу 10 будет добавляться сетевая химически подготовленная вода из системы теплоснабжения. При повышении уровня воды в системе отопления до верхнего контролируемого уровня от регулятора в баке 12 последуеткомандана остановку подпиточного насоса 11.

Представленная на рис.4.22 схема циркуляции воды в системе отопления называется двухтрубной с нижней горизонтальной разводкой магистральных подающих 5 и обратных 7 трубопроводов и вертикальными подающими 13 и обратными 14 стояками.

Вертикальное расположение стояков при нижнем размещении магистральных трубопроводов требует устройства воздухоотводчиков в верхних точках стояков. Воздухоотводчики могут быть выполнены в форме спускных кранов ручного управления или это могут быть автоматические воздухоотводчики.

Показанная на рис. 4.22 двухтрубная система отопления с независимым присоединением к тепловым сетям ТЭЦ является гидравлически и теплотехнически наиболее устойчивой, а следовательно, наиболее надежной.

Автоматическое изменение расходов горячей воды через пластинчатый теплообменник 2 и отопительные приборы с терморегуляторами 6 не вызывает гидравлической разрегулировки системы циркуляции и не ведет к перерасходу теплоты на нагрев помещений. Применение в схеме циркуляции горячей воды в системе отопления насосов с электронным регулированием обеспечивает снижение до 60% годового расхода электроэнергии на работу циркуляционных насосов.

Нагрев воды для независимо присоединенной системы отопления происходит в водо-водяных пластинчатых (или кожухотрубных) теплообменниках, требуемая теплотехническая эффективность которых вычисляется по выражению:

Тw.г.1 - Тw.об.

Өw.г. = ----------------------- ( 2. 1)

Тw.г.1 - tw.г.2

В расчетных условиях холодного периода года (при параметрах Б) от ТЭЦ перегретая вода должна поступать с температурой Тw.г.1 = +150ºС. Как правило, из-за тепловых потерь в тепловых сетях к зданиям перегретая вода имеет температуру не выше Тw.г.1 = +130ºС, которую и рекомендуется использовать в формуле. Начальная температура горячей воды в системах отопления жилых и общественных зданий рекомендуется в двухтрубных системах tw.г.1 = + 95ºС, а в однотрубных tw.г.1 = +105ºС.

По нормативным правилам централизованного теплоснабжения от ТЭЦ потребитель обязан возвратить обратную воду с температурой не выше

Тw.об. = +70ºС.

В зависимо присоединеных системах отопления расчетная температура обратной воды принимается равной tw.г.1 = Тw.об. = +70ºС. Если потребитель теплоты не выполняет это условие, то на него накладываются значительные штрафные санкции. В этих системах при выборе поверхности отопительного прибора расчетный перепад температур принимается ∆ tw.г. = 95 – 70 = 25˚С.

Условие сохранения рабочего перепада в отопительном приборе равным

∆ tw.г. = 25˚С нельзя выполнить в независимо присоединенных системах отопления.

Если в теплообменнике 2 (см. рис.4.22) поступит на нагрев обратная вода после системы отопления с температурой tw.г.2 = 70ºС, то температура горячей воды от системы теплоснабжения на выходе из теплообменника 2 Тw.об. будет выше 70ºС (Тw.об. > 70ºС ).

При равенстве температур Тw.об. = tw.г.2 = 70ºС числитель и знаменатель при вычислении по формуле (2.1) будут равны, а численное значение требуемого показателя теплотехнической эффективности будет Өw.г. = 1 , чего невозможно достичь.

Действительная теплотехническая эффективность пластинчатых теплообменников может достигать значений Өw.г. = 0,8 – 0,85.

Для избежания штрафных санкций от поставщиков теплоты и выполнения нормативных правил теплоснабжения необходимо рабочий перепад температур в системах отпления с независимым присоединением принимать большим для достижения температуры обратной воды ниже 70ºС ( tw.г.2 = 70ºС ).

Покажем это на следующем примере.

Примем Тw.г.1 = +130ºС, Тw.об. =70ºС и показатель эффективности водо-водяного теплообменника Өw.г. = 0,8. Преобразуем формулу (2. 1) относительно нахождения возможной температуры обратной воды в расчетном режиме теплоснабжения:

Тw.г.1 - Тw.об

tw.г.2 = Тw.г.1 - ---------------------- , ºС

Өw.г.

Вычислим по этому выражению возможную температуру обратной воды в принятом температурном режиме независимо присоединенной системы отопления:

130 - 70

tw.г.2 = 130 - -------------- = 55 ºС

0,8

Подбор требуемой поверхности отопительных приборов в независимо присоединенной системе отопления проводим на температурный перепад:

∆ tw.г. = 95 – 55 = 40ºС.

На рис. 4.24 показана принципиальная схема движения греющей и нагреваемой жидкостей по поверхности пластин по выштампованным каналам.

Из схемы движения потоков видно: со стороны пластины 5 для движения нагреваемой жидкости гофры каналов имеют направление снизу вверх, а со стороны пластины 6 они направляют греющую жидкость сверху вниз. Это создает энергетически наиболее рациональную схему противоточного движения потоков теплообменивающих жидкостей. Форма каналов гофрированных пластин создает условия для турбулизации потоков жидкостей при скоростях движения по каналам не менее 0,1 м/с. Путем увеличения числа пластин в теплообменнике можно изменять поверхность теплообменника. В общем случае требуемая поверхность теплообменника вычисляется по формуле:

Qт

Fт = ----------------, м² (2. 2)

∆ tср. · k

где Qт - требуемый поток теплоты на нагрев жидкости, Вт;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²ºС).

Средняя температура теплообменивающихся жидкостей в теплообменнике может вычисляться по формуле:

Тw.г.1 + Тw.об tw.г.1 + tw.г.2

∆ tср = ------------------------ - ---------------------- , ºС

2 2

Из табл. 4.3 видно, что благодаря наличию в пластинах профильных выштампованных каналов обеспечиваются очень высокие коэффициенты теплопередачи при условии сохранения паспортного расхода жидкости, указанного в этой таблице. Если по расчету системы теплоснабжения выбирается меньший расход жидкости, чем это указано в табл. 4.3, то необходимо учитывать снижение коэффициентов теплопередачи.

При увеличении расхода жидкости по сравнению с паспортным значением коэффициент теплопередачи очень мало возрастает, но почти в квадратичной зависимости увеличивается гидравлическое сопротивление проходу жидкости через теплообменник. Практический расчет поверхности пластинчатого теплообменника и выбор его типа по табл. 4.3 приведен в практическом занятии № 3.